大学物理实验：消除系统误差的方法

2023-11-02 理论教育版权反馈

【摘要】：由于测量方法、测量对象、测量环境及测量人员不尽相同，因而没有一个普遍适用的方法来减小或消除系统误差。从产生系统误差的根源上消除。引入修正项消除系统误差。通过预先对仪器设备将要产生的系统误差进行分析计算，找出误差规律，从而找出修正公式或修正值，对测量结果进行修正。采用能消除系统误差的方法进行测量。

系统误差的特征是：在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保持不变；或在条件改变时，按一定规律变化的误差。系统误差在某些情况下对测量结果的影响还比较大，因此，研究系统误差产生的原因，发现、减小或消除系统误差，使测量结果更加趋于正确和可靠，是误差理论的重要课题之一，也是数据处理中的一个重要的内容。

1.系统误差产生的原因

系统误差是由固定不变的或按确定规律变化的因素所造成的，这些误差一般是可以掌握的。

系统误差有多种来源，从基础物理实验教学角度出发，主要有以下几种：

（1）仪器的示值误差。

（2）仪器的零值误差。

（3）仪器机构误差和测量附件误差等。

（4）理论和方法误差。

（5）按一定规律（指非统计规律）变化的误差。

角度的测量存在周期性的误差，此误差可通过对称设置双读数游标来解决（详见该实验）。

2.系统误差服从的规律(www.chuimin.cn)

根据系统误差产生的原因可以确信它不具有抵偿性，它是固定的或服从一定规律的。

3.系统误差的发现

提高测量精度，首要问题是发现系统误差。然而在测量过程中形成系统误差的因素是复杂的，目前还没有能够适用于发现各种系统误差的普遍方法，只有根据具体测量过程和测量仪器进行全面的仔细分析，针对不同情况合理选择一种或几种方法加以校验，才能最终确定有无系统误差。可通过实验对比法、理论分析法、数据分析法等常用方法发现某些系统误差。

4.系统误差的减小和消除

在实际测量中，如果判断出有系统误差存在，就必须进一步分析可能产生系统误差的因素，想方设法减小和消除系统误差。由于测量方法、测量对象、测量环境及测量人员不尽相同，因而没有一个普遍适用的方法来减小或消除系统误差。下面简单介绍几种减小和消除系统误差的方法和途径。

（1）从产生系统误差的根源上消除。这是最根本的方法，通过对实验过程中的各个环节进行认真仔细分析，发现产生系统误差的各种因素。可以从下面几个方面采取措施，从根源上消除或减小误差：采用近似性较好又比较切合实际的理论公式，尽可能满足理论公式所要求的实验条件；选用能满足测量误差所要求的实验仪器装置，严格保证仪器设备所要求的测量条件；采用多人合作，重复实验的方法。

（2）引入修正项消除系统误差。通过预先对仪器设备将要产生的系统误差进行分析计算，找出误差规律，从而找出修正公式或修正值，对测量结果进行修正。

（3）采用能消除系统误差的方法进行测量。对于某种固定的或有规律变化的系统误差，可以采用交换法、抵消法、补偿法、对称测量法、半周期偶数次测量法等特殊方法进行清除。到底采用什么方法，要根据具体的实验情况及实验者的经验来决定。

无论采用哪种方法都不可能完全将系统误差消除，只要将系统误差减小到测量误差要求允许的范围内，或者系统误差对测量结果的影响小到可以忽略不计，就可以认为系统误差已被消除。

大学物理实验：消除系统误差的方法

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