長度測(cè)量誤差配套實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱虛擬仿真實(shí)驗(yàn)1:長度測(cè)量誤差配套姓名學(xué)號(hào)同組同學(xué)（學(xué)號(hào)）班級(jí)20級(jí)生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)教室2021.6.26物質(zhì)有很多屬性，有時(shí)我們會(huì)通過實(shí)驗(yàn)的方法獲得我們想要了解和應(yīng)用的屬性。人們?cè)诮邮芤豁?xiàng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，要根據(jù)測(cè)量的不確定度來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇儀器和確定實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)后，通過對(duì)不確定度的大小和成因進(jìn)行分析，找到影響實(shí)驗(yàn)精確度的原因并加以改正。歷史上不乏科學(xué)家精益求精，通過對(duì)不確定度分析不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)而做出重大發(fā)現(xiàn)的例子。例如：1887年邁克爾和莫雷在美國克利夫蘭做的用邁克爾遜干涉儀測(cè)量兩垂直光的光速差值這一著名物理實(shí)驗(yàn)。為了測(cè)到這個(gè)差值，他們不斷改進(jìn)儀器，雖然依然沒有預(yù)期結(jié)果，但結(jié)果卻證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的，由此否認(rèn)了以太（絕對(duì)靜止參考系）的存在，從而動(dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)，成為了近代物理學(xué)的一個(gè)發(fā)端，在物理學(xué)發(fā)展史上占有十分重要的地位。對(duì)于直接測(cè)量量，我們通過對(duì)儀器不斷改進(jìn)就可以獲得更接近真值的測(cè)量值，但是對(duì)于間接測(cè)量量，我們需要測(cè)量不止一個(gè)物理量。那么，每個(gè)獨(dú)立的直接測(cè)量量的不確定度對(duì)最終結(jié)果的不確定度有什么影響呢？我們根據(jù)什么原理去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并選擇工具呢？例如，測(cè)量一個(gè)物體的體積，需要測(cè)量多個(gè)長度的物理量，那么，我們根據(jù)不同測(cè)量對(duì)象，選擇不同的測(cè)量儀器的依據(jù)是什么呢？是不是每個(gè)測(cè)量量都用精密儀器就可以獲得更小的體積不確定度呢？答案就在本實(shí)驗(yàn)中。本實(shí)驗(yàn)的目的一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對(duì)幾何線度的測(cè)量求規(guī)則物體的體積。從相對(duì)誤差的角度考慮，在測(cè)量不同大小的長度時(shí)需要使用不同規(guī)格（量程及分度值）的長度測(cè)量儀器。因此，要求在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)正確選用各種長度測(cè)量儀器。學(xué)習(xí)采用多次測(cè)量再求平均值的方法。二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)楚雄師范學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心楚雄師范學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一拓展實(shí)驗(yàn)一拋體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K

實(shí)驗(yàn)原理一塊有孔的長方形金屬薄板，設(shè)長為L、寬為B、厚度為H,板上有n個(gè)直徑相等的孔如圖1,圖1如圖1,圖1有孔的長方形金屬薄板設(shè)每個(gè)孔的直徑為D,則它的體積為(C1-1)(C1-1)基于體積是間接測(cè)量量，而各直接測(cè)量量的不確定度都應(yīng)對(duì)體積的不確定度有貢獻(xiàn)的考慮，在此提出不確定度均分定理。根據(jù)（C1-1）可求出不確定度傳遞公式，依據(jù)不確定度均分原理，將測(cè)量結(jié)果的總不確定度均勻分配到各個(gè)分量中，由此分析各個(gè)物理量的測(cè)量方法和所應(yīng)使用的儀器，并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。一般情況下，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大的物理量應(yīng)采用精度較高的儀器，相反，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大的物理量就不必追求高精度儀器，這樣做比較經(jīng)濟(jì)。下面推導(dǎo)體積的相對(duì)不確定度公式：AV=BHNL+LHAB+LBAH-nnDAD2AV■'TAT~~衣、~~AV=BHNL+LHAB+LBAH-nnDAD2AV■'TAT~~衣、~~~AH~；=匕(B)"(HEn兀DAD2LB)2在開始測(cè)量之前，將薄板的長、寬、厚度及孔直徑的估計(jì)值和儀器的B類不確定度填入表1。根據(jù)不確定度均分原理，即各直接測(cè)量量相對(duì)不確定度數(shù)量級(jí)接近的原則來確定長、寬、高和直徑的測(cè)量工具。由于加工條件的限制，實(shí)際上薄板不可能是一個(gè)嚴(yán)格的長方體，所以在測(cè)定薄板的長度、寬度和厚度時(shí)，應(yīng)選擇不同部位進(jìn)行多次測(cè)量，以求平均值。將一百張紙的長、寬、厚度及孔直徑的估計(jì)值和儀器的B類不確定度填入表3。根據(jù)不確定度均分原理，即各直接測(cè)量量相對(duì)不確定度數(shù)量級(jí)接近的原則來確定長、寬、高和直徑的測(cè)量工具。

由于測(cè)量一張紙的體積時(shí)，所提供的儀器精確度不夠，采用多數(shù)測(cè)量以減小誤差。這個(gè)測(cè)量一百張紙的體積從而測(cè)量一張紙的體積。實(shí)驗(yàn)窗口介紹和操作步驟1.實(shí)驗(yàn)主窗口介紹功能顯示框功能顯示框?qū)嶒?yàn)窗口界面1.…"1.…"提示信息欄實(shí)驗(yàn)內(nèi)容欄圖2誤差配套實(shí)驗(yàn)主場景圖如圖2實(shí)驗(yàn)窗口主界面圖所示，界面的右上角的功能顯示框：當(dāng)在普通做實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，顯示實(shí)驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行的用時(shí)、記錄數(shù)據(jù)按鈕、結(jié)束操作按鈕；在考試狀態(tài)下，顯示考試所剩時(shí)間的倒計(jì)時(shí)、記錄數(shù)據(jù)按鈕、結(jié)束操作按鈕、顯示考卷按鈕（考試狀態(tài)下顯示）。右上角工具箱：可以打開計(jì)算器。右上角幫助和關(guān)閉按鈕：幫助按鈕可以打開幫助文件，關(guān)閉按鈕功能就是關(guān)閉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀器欄：鼠標(biāo)選中儀器中的儀器，可以查看儀器名稱，在提示信息欄可以查看相應(yīng)的儀器描述。提示信息欄：顯示實(shí)驗(yàn)過程中的儀器信息，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容信息，儀器功能按鈕信息等相關(guān)信息，按F1鍵可以獲得更多幫助信息。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容欄：顯示實(shí)驗(yàn)名稱和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容信息（多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依次列出），當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯示為橘黃色，其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為藍(lán)色；可以通過單擊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的切換。切換至新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，實(shí)驗(yàn)桌上的儀器會(huì)重新按照當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行初始化。2.實(shí)驗(yàn)操作步驟（1）計(jì)算出鋼直尺、游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)量帶孔薄板不同物理量的B類不確定度，記錄到表格1中；根據(jù)B類不確定度，不同的物理量選擇合適的儀器經(jīng)行測(cè)量(分別用鋼直尺測(cè)長、游標(biāo)卡尺測(cè)寬、螺旋測(cè)微器測(cè)厚度和鋼直尺測(cè)孔直徑)；雙擊場景中帶孔薄板，打開帶孔薄板大視圖測(cè)量量操作界面如圖3(a)；點(diǎn)擊“長度測(cè)量”按鈕，選擇鋼直尺測(cè)量如圖3(b)；點(diǎn)擊“寬度測(cè)量”按鈕，選擇游標(biāo)卡尺測(cè)量如圖3(c)；點(diǎn)擊“厚度測(cè)量”按鈕，選擇螺旋測(cè)微器測(cè)量如圖3(d)；點(diǎn)擊“孔徑測(cè)量”按鈕，選擇鋼直尺測(cè)量如圖3(e)；計(jì)算出鋼直尺、游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)量100張紙不同物理量的B類不確定度，記錄到表格3中；根據(jù)B類不確定度，不同的物理量選擇合適的儀器進(jìn)行測(cè)量(分別用鋼直尺測(cè)長和寬、螺旋測(cè)微器測(cè)厚度)；雙擊場景中的紙張，打開紙張大視圖，如圖3(f)；點(diǎn)擊“長度測(cè)量”按鈕，選擇鋼直尺測(cè)量，如圖3(g)；點(diǎn)擊“寬度測(cè)量”按鈕，選擇鋼直尺測(cè)量，如圖3(h)；點(diǎn)擊“厚度測(cè)量”按鈕，選擇螺旋測(cè)微器測(cè)量，如圖3(i)；記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，完成所有數(shù)據(jù)處理；圖3測(cè)量操作界面圖4數(shù)據(jù)表格視圖圖3測(cè)量操作界面圖4數(shù)據(jù)表格視圖數(shù)據(jù)記錄及處理測(cè)量帶孔薄板的體積（帶孔薄板的參數(shù)：L=14.00cm、B=3.80cm、H=0.20cm、D=0.7cm）根據(jù)參數(shù)計(jì)算B類不確定度

（^儀心(A儀/"(A儀/H)2n兀DA儀/(2LB)2鋼直尺△八二0.2mm儀0.000002040.0000280.010.00000427游標(biāo)卡尺△儀=0.02mm0.00000002040.000000280.00010.0000000427千分尺△儀=0.004mm0.0000000008160.0000000110.0000040.00000000171（1）選擇測(cè)量帶孔薄板長度的儀器（A:鋼直尺B:游標(biāo)卡尺C:千分尺）：A（2）選擇測(cè)量帶孔薄板寬度的儀器（A:鋼直尺B:游標(biāo)卡尺C:千分尺）：B（3）選擇測(cè)量帶孔薄板厚度的儀器（A:鋼直尺B:游標(biāo)卡尺C:千分尺）:C（4）選擇測(cè)量帶孔薄板孔徑的儀器（A:鋼直尺B:游標(biāo)卡尺C:千分尺A―（5）將測(cè)量的長，寬，厚，孔徑記錄在表格中：計(jì)算公式：uB計(jì)算公式：uB=△儀/X2(X-X)2S=/———-X\n(n-1)E=IZS2+Zu2測(cè)量次數(shù)123456X/mm標(biāo)差，乂bAbL（mm）139.8139.8140.0139.9140.0139.9139.90.0820.0820.090B(mm)38.0238.0038.0438.0238.0638.0438.030.0190.2210.021H(mm)2.022.002.042.022.062.022.030.0190.0190.021D(mm)7.88.07.98.18.07.980.1081.3040.118帶孔薄板的體積V（mm3）10632.4體積的相對(duì)不確定度△V/V0.011體積的不確定度△V（mm3）63.21帶孔薄板體積的表達(dá)式V+AV:67

.n冗DoAV=BHol+LHoBB+LBo丑-—2—DHV^LBHAV',O、，，O、，，n^Do、—'(—L)2+(—B)2+2+(D)2(L)*B)I2LB)測(cè)量一張紙的體積（一百張紙的參數(shù)：L=24.00cm、B=17.0cm、H=0.75cm）（1）根據(jù)參數(shù)計(jì)算下列B類不確定度AV("L)2氣/B）2氣/H)2鋼直尺，=°-2mm0.000000690.00000140.00071游標(biāo)卡尺A儀=°?°2mm0.00000000690.00000140.00071千分尺A儀—°.°°4mm0.00000000030.0000000060.00000028（6）選擇測(cè)量100張紙長度的儀器（A:鋼直尺B:游標(biāo)卡尺C:千分尺）：A（7）選擇測(cè)量100張紙寬度的儀器（A:鋼直尺B:游標(biāo)卡尺C:千分尺）___A—（8）選擇測(cè)量100張紙厚度的儀器（A:鋼直尺B:游標(biāo)卡尺C:千分尺）:C（9）測(cè)得的100張紙的長、寬和厚度記錄到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中：測(cè)量次數(shù)123456x/mm標(biāo)準(zhǔn)差SoAoL(mm)240.5239.0239.5240.5239.5240.0239.80.610.610.668B(mm)170.5169.6169.5170.3169.7169.7169.90.380.380.