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(三)实验数据的处理方法

1.列表法 对于实验所得的测量数据,画出表格进行记录,这种方法把物理量之间的对应关系表示得清楚明了,而且可随时检查测量数据是否合理,便于及时发现和纠正错误,提高处理数据的效率。

设计记录表格要合理,表中每行(或每列)之首位应标明其物理量和所用单位,然后将测量数据分类填入表格中。若为间接测量,还应列出计算公式。此外,实验时间、环境温度、气压等也可记录于表格之首,以便参考。

2.图示法 许多情况下,实验所得数据是表示一个物理量(因变量)随另一个物理量(自变量)而改变的关系。这些对应关系的变化情况,通常用图表法将它们以曲线的形式描绘出来。

要正确描绘出一条实验曲线,必须注意以下几点。

(1)一般以横轴表示自变量,纵轴表示因变量。在坐标轴的末端还应表明所示物理量的名称、单位,在图的下方标出图名。

(2)根据测量数据的范围选定坐标分度,应尽量使曲线占据图纸大部分或全部。为了调整曲线的大小和位置,在某些情况下,横轴和纵轴的标度可以不同,两轴交点的标度也不一定从零开始。轴上的标度应隔一定间距用整数标出,以便寻找和计算。

(3)用符号将实验所取得的数据点在图中标出。如果在同一图上做几条曲线,则每条曲线的数据点必须用不同符号(如“×”“*”等)分别标出,以避免混淆。

(4)把标出的各数据点连接起来绘出平滑曲线。由于实验过程中不可避免地会产生误差,因此不可能将每一个点都包括在曲线上,允许有一定的偏离。但绘图时要尽量使偏离曲线两侧的点数差不多相等,以使曲线上每个点都接近于所要求的平均值。

3.线性拟合法 当需要从实验数据出发列出经验方程时,最常用的方法是用最小二乘法经线性拟合(或称最小二乘法线性回归)求得回归方程。下面对这种方法做一个简单的介绍。

先假定所研究的两个物理量 x y 之间存在着线性相关关系

称为回归方程。

现有测得的数据组为( x i y i )(i=1,2,…, n ),问题是如何测定系数 a b 使其符合给定的拟合优劣准则,使下式为最小

f(a b )= 由数学知识可知,上面的问题为求以 a b 为自变量的二元正值函数 f a,b )的最小值问题。将式0-2分别对a、b求偏导数,并令其为0,解得

a b 分取此值时,就可使 f(a b )为最小,其中

将所求得的 a b 代回式(0-1),便得到了所需的回归方程。

[思考题]

1.产生测量误差的主要原因是什么?如何才能减少测量的误差?

2.尾数的舍入法则与“四舍五入”法有何不同?

3.经过5次测得小球质量(单位:g)分别为:2.1074,2.1079,2.1075,2.1076,2.1074,求小球质量的标准误差、平均绝对误差、相对误差,并写出结果表达式。

4.经过5次测上述小球的直径(单位:cm)分别为:1.206,1.204,1.205,1.206,1.205,求小球体积的平均值、相对误差、平均绝对误差。

5.求上述小球密度的平均值、相对误差、平均绝对误差,写出小球密度的结果表达式。

6.0°C时空气中声速为(331.63±0.04)m/s,试求其绝对误差和相对误差。

7.说明下列各数有效数字的位数

0.005400  1.28  8100  3.0074

0.018  5.310×10 -2 7.347×10 5 5.8×10 8

8.用有效数字运算法则计算下列各式

(1)93.500-1.501+20  (2)6.11×0.100

(3)623.4÷0.10  (4)(62.5-61.5)×200 GEhkjyRkGF+O8+4h2/Hfozej1RvTwCOzH04sN9qLvXr6MT3MVBhpJri2vbWcM7eA

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