工科物理实验中的数据处理

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　　摘要：数据处理是物理实验的重点也是难点。测量过程中存在误差，国际上由不确定度来表示。本文给出了单次直接测量、多次等精度直接测量和间接测量的数据处理方法，并对铅柱密度的测量数据处理加以说明。
　　关键词：物理实验；数据处理；误差；不确定度
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）02-0251-02
　　数据处理是物理实验的重要环节。数据处理必须依据科学合理的方法才能得到正确的结果。实验数据处理涉及概率论和数理统计的知识，并且在具体的实验中还得考虑一些实际情况，所以学生在理解和掌握实验数据处理的知识时有一定的困难。以下从单次直接测量、多次等精度直接测量和间接测量三方面讨论数据处理的方法，并对铅柱密度的测量数据处理加以说明。
　　一、单次直接测量的数据处理
　　由于实验条件的限制或对实验结果要求不高的情况下，测量某一物理量用仪器直接测一次就可以了，这就是单次直接测量，这时测量结果由仪器直接读出，测量不确定度由系统误差给出，一般情况下不考虑实验方法和环境因素的影响，只考虑B类不确定，它决定于仪器的准确度。这是一种简化处理方法，但是在测量次数N大于7时，测量结果的置信概率仍近似等于68.3%。常见的有以下四种情况：
　　1.由仪器直接给出，如50分度的游标卡尺求值误差为0.02mm，螺旋测微器示值误差为0.004mm。
　　2.对某些仪器常取为测量仪器最小分度值的一半，在某些特殊情况下可取到测量仪器最小分度值，例如：用最小分度值为1mm的刻度尺测量某一长度为30.00cm的物体，则该测量结果为30.00cm，测量不确定度为0.05cm，测结果表示为30.00±0.05cm。
　　3.数字显示仪器，最末一位数字取±1为仪器的误差，例如频率计测量某信号频率为256.2hz，则仪器给出的误差是0.1hz，测量不确定度为0.1hz，测结果表示为256.2±0.1hz。
　　4.如电工仪表类仪器，误差由仪器的准确度等级获得，电学仪表给出等级度A，则百分误差为A%。如等级度为0.2的电压表百分误差是0.2%。
　　在物理实验教学中，有时候误差还要根据实际情况来确定，比如在做用拉伸法测量弹性量的实验中，用毫米刻度尺测量钢丝的长度时，长度的测量不确定度一般大于0.5 mm，故可以取为1 mm。又如：用秒表测量一运动物体的时间间隔，如果不考虑秒表的系统误差，则测量不确定度主要是由启动和制动秒表时人的反应速度来决定，一般可估计启动、制动时各有0.1S的误差，则此时测量不确定度为0.2S。
　　二、多次等精度直接测量的数据处理
　　测量存在误差，误差是真值与测量值之间的差异。实验中采用多次测量的方法来减小随机误差，以提高测量精度。在多次等精度直接测量的实验中，用算术平均值作为测量结果的最佳估值，并用不确定度来评价测量结果。测量不确定度与统计学相关联，分为A类不确定度和B类不确定度，A类不确定度评价随机误差，B类不确定度评价系统误差。
　　综上所述，在工科物理实验中对于不同的测量所得到的数据，应该采用不同的数据处理方法才能得到正确合理的结果。
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