计算机在物理实验计算测量误差中应用

计算机在物理实验计算测量误差中应用

[摘要] 本论文通过编程举例，利用计算机软件处理物理实验中数据误差的过程，显示了计算机软件强大的实验数据处理功能，探讨为物理实验教学提供方便的数据处理工具。

[关键词] 误差 数据处理 逐差法 标准差 物理实验 计算机软件

目前，计算机在教学中发挥着越来越重要的作用，在物理实验教学中的应用也越来越受到重视。计算机在实验研究领域的应用,即将传统的实验方法和测试手段与计算机相结合,使实验技术产生了巨大的变革,大大提高了实验的水平,给科学研究带来了新的突破.计算机在研究领域中应用的迅速发展使传统的教学实验与实际科研工作之间的差距日益增大.我们应该将计算机这个现代化的手段运用到教与学中去,逐步改进传统的教学方法,缩小差距,适应现实发展的需要.

计算机在物理实验教学中可以在哪些方面发挥作用呢

计算机辅助物理实验主要包括:

1、多媒体教学

2. 计算机实时采集数据及数据的处理

3. 利用计算机对实验过程进行实时控制

4、仿真物理实验

5. 计算机快速地进行实验数据处理

我们重点讨论计算机快速地进行实验数据处理：

物理实验中的定性观察和定量测量是不可分割的两部分。实验数据的采集、记录和计算处理是学生完成物理实验的一个极为重要同时又相当繁琐的内容，很容易导致学生花费大量时间进行数据处理，且易于发生错误.发生错误之后,又很难判断是计算中的错误还是测量中的错误.计算机的快速,准确性,可以使人们从繁重的工作中解放出来.还可帮助我们经常保存重要的数据信息,便于随时使用.有时候我们需要将数次实验的结果进行综合分析和比较,计算机可以使这项工作便捷和轻松.用一些尚不完全的数据或模拟的数据对实验的结果进行预测,便于及早发现实验方法和实验设计的问题,避免走弯路。

我们可以利用计算机和相应的软件平台搭建一个物理实验数据处理系统软件来指导学生按误差理论要求,高效、准确地处理大量的实验数据。我们可以将测量误差的计算编写成计算机程序，程序要经过计算机运算之后,检验是否存在问题.如果发现问题,须调试、修改。目前比较流行、简单、普及的的编程语言是,VB。EXCEL集数据的编辑、整理、统计分析、图表绘制于一身,它的数据处理能力和操作的简易性已越来越为大家所接受,同时借助XCEL内嵌的VBA程序编辑工具,可拓展EXCEL的数据处理能力及人性化软件工作界面,达到用户的要求。

下面针对基础物理实验的情况,把一些编制的程序及应用情况作一简介：

运用标准误差来表示测量结果:

在科学文献中,标准误差非常通用,它更能客观地反映测量的结果.

测量误差是测量结果和待测量的真值(或约定真值)之差值。测量误差的大小反映了测量结果准确程度，测量误差可以用绝对误差和相对误差表示。

绝对误差δ＝测量结果－被测量的真值

相对误差E＝

被测量的真值是一个理想概念，一般说来真值是实验者不知道的，在实际测量中常用被测量的实际值或已修正过的算术平均值代替真值，称为约定真值。

用代表测量列的算术平均

如一个物理量x,测量了n次,其测量结果可表述为:

设对某一物理量进行直接多次测量，测量值分别为x1,x2,x3,…,xn,各次测量值的随机误差为。将随机误差相加

或

用代表测量列的算术平均

上面的式子改写为

根据随机误差的抵偿特征，即，于是

可见，当测量次数相当多时，算术平均值是真值的最佳值，即近真值。

当测量次数n有限时，测量列的算术平均值仍然是真值x0的最佳估计值。证明如下：假设最佳值为X并用其代替真值x0，各测量值与最佳值间的偏差为，按照最小二乘法原理，若X是真值的最佳估计值，则要求偏差的平方和S应最小，即

由求极值的法则可知，S对X的微商应等于零

于是

即

所以测量列的算术平均值是真值x0的最佳估计值。

每一次测量值xi和平均值之差称为残差，即：，有正有负，常用“方均根”法对它们进行统计，得到的结果就是测量列的标准偏差，用S表示为：

这种标准误差的数据处理方法用EXCEL内嵌的vba编写程序如下所示。

Private Sub CommandButton1_Click()

Dim a(60) As String

Dim b As String

Dim i As Integer

Dim t As String

t = InputBox("请输入测量次数")

For i = 1 To t

a(i) = InputB