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第1篇 实验数据分析与经验证据评估 3

第1章 数据分析与不确定度评定基础 3

1.1物理量与测量 3

1.2误差的定义、分类及简要处理方法 4

1.2.1测量误差的定义 4

1.2.2误差的分类及简要处理方法 5

1.3直接测量结果的不确定度评定 8

1.3.1测量不确定度的概念及其与误差、误差限的关系 8

1.3.2不确定度的简化评定方法 10

1.3.3教学实验中关于仪器误差限的讨论 13

1.3.4计算举例 15

1.3.5相对标准不确定度/相对扩展不确定度 15

1.4方和根合成时标准差或不确定度的微小分量判据 16

1.5间接测量结果的不确定度合成 16

1.5.1间接测量量的不确定度合成 16

1.5.2灵敏系数Ck=|？ f/？xk|的数值计算方法 17

1.6直线拟合方法 18

1.6.1截距为零直线的LSM拟合 19

1.6.2一般直线的LSM拟合 19

1.6.3拟合参量的标准差与不确定度的扩展算法 22

1.6.4计算举例 25

1.6.5直线拟合质量判断的简要说明 26

1.6.6加权直线拟合 27

1.7有效数字的修约方法简介 27

1.7.1有效数字的定义 27

1.7.2修约间隔和修约规则 28

1.7.3实验数据的有效位数确定 28

1.8结束语 30

参考文献 30

第2章 物理实验中的统计离群值识别与结果判断 33

2.1统计允许区间的确定 33

2.1.1正态样本总体均值未知时的双侧统计允许限 33

2.1.2均匀分布总体方差未知时的双侧STL因子 34

2.1.3正态总体的单侧STL因子 35

2.2正态样本统计离群值的判断 36

2.2.1统计离群值判断的常用前提与目的 36

2.2.2离群值判断的统计量 36

2.2.3传统教材中几种离群值判据简析 37

2.2.4谨慎使用标准推荐的Grubbs方法 37

2.2.5用STL构建统计离群值的新判据 38

2.2.6谨慎地处理统计离群值 39

2.3误差服从正态分布时直线拟合统计离群值的近似判据 40

2.3.1直线拟合时的统计离群值判据 40

2.3.2用经验调和法取代LSM回归 40

2.4二次回归中统计离群值的粗略判据 41

2.4.1运用STL的粗略判据 41

2.4.2比较残差平方和的补充判据 41

2.5教学实验中的几个验证判据 42

2.5.1测量结果定性、半定量与定量的初步分类 42

2.5.2两个不确定度评定结果之间的一致性 42

2.5.3 MCM等计算方法纯数学过程结果的一致性（或收敛性）判据 43

2.5.4验证性实验的判据 43

2.5.5标准偏差过小与误差的普遍性原理相悖 43

2.6建模时准一次方程增加高次项的合理性讨论 44

2.6.1教学中模型方程的拟合质量 44

2.6.2模型中增加高阶项的合理性讨论 45

2.6.3规律未知或缺乏理想数据时多项式建模的初步讨论 45

2.7参考伯奇比确定加权平均值的标准差 46

参考文献 48

第3章 蒙特卡罗方法在物理实验中的应用简介 50

3.1 MCM的一般原理 50

3.1.1 MCM的两类应用对象 50

3.1.2 MCM求解的基本环节 51

3.2用MCM分析实验误差的影响——热敏电阻实验 51

3.3用MCM选择实验参量——椭偏法的入射角选择 52

3.4用MCM合成B类不确定度分量——砝码质量检定 53

3.4.1输入量与输出量之间的线性关系往往不满足 53

3.4.2砝码质量不确定度的MCM评定 53

3.4.3 MCM合成的扩展不确定度一般偏小 55

3.4.4对MCM合成不确定度乘以扩大系数 55

3.5用MCM否证回归的累积法 57

3.5.1平均时求标准差的累积法不是灰色方法 57

3.5.2累积法直线拟合中的隐含权因子 58

3.5.3多元回归或高次回归中用MCM否证累积法 59

3.5.4追求逻辑自洽性，避免局域经验主义倾向 60

参考文献 61

第4章 不确定度合成的技术综合方法（THM） 62

4.1几类不确定度合成方法的初步比较与评述 62

4.1.1不同合成法中隐含的假定与约定 62

4.1.2决定数据处理方法体系的实际出发点 63

4.1.3三类不确定度合成方法的初步比较 63

4.2输入输出之间非线性关系时的误差传递 65

4.2.1线性关系的一般处理思路 65

4.2.2非线性问题的典型案例 66

4.3不确定度合成的THM（技术综合法） 67

4.3.1建立非线性问题的一般模型 67

4.3.2广义正交参量法求灵敏系数 67

4.3.3不确定度合成方法的综合 68

4.4重视测量控制过程，确定输入量分布特征 69

4.4.1均匀或正态分布误差平方项的分布特征 69

4.4.2分量自由度的估算 70

4.4.3误差二次项分量的自由度及包含因子 71

参考文献 72

第2篇 积木式组合实验：基础性实验与探索性层次 75

第5章 力学与热学类实验 75

5.1弹簧振子实验与多种拟合方法练习 75

5.2波耳共振仪实验 81

5.3扭秤法测引力常量 89

5.4弯曲共振法测弹性模量及其温度系数 95

5.5用传感器测空气相对压力系数 103

5.6液体质量热容的测量与对流换热模型初步比较 110

5.7弦振动测量与正交设计初步 117

5.8气体、液体和固体中的声速测量 123

5.9液体粘度测量的三种方法 128

参考文献 134

第6章 电磁学及热电传感器实验 136

6.1电磁学实验须知及基本仪器介绍 136

6.1.1要特别重视实验室的安全操作 136

6.1.2直流电源 136

6.1.3交直流电表 137

6.1.4滑线变阻器 139

6.1.5电阻箱 139

6.1.6电磁学实验接线注意事项 140

6.2伏安特性测量与戴维南定理验证 141

6.3冲击法测电容与磁通密度 148

6.4灵敏电流计的特性研究 158

6.5电阻比较测量与直流电桥 163

6.6半导体热敏电阻的特性研究 170

6.7比较法测温度传感器的非线性 175

参考文献 183

第7章 光学及部分近代物理实验、综合类实验 185

7.1光学实验的基础知识 185

7.1.1人员生理特性对测量的限制 185

7.1.2视差 187

7.1.3仪器调整中常用的两种调焦判据 187

7.1.4共轴调节 188

7.1.5几何光学中的符号规则 188

7.1.6要重视安全，重视光学元件和仪器的保养维护 189

7.1.7大气折射率与常用光源谱线波长 189

7.2透镜焦距的测量 192

7.3内调焦望远镜的物镜组研究 197

7.4用测角仪测棱镜角度与折射率 203

7.5迈克耳孙干涉仪的调整和使用 213

7.6迈克耳孙干涉仪测空气折射率 219

7.7光栅衍射与里德伯常量测量 222

7.8钕玻璃的吸收特性研究 230

7.9偏振光学系列实验 239

7.10塞曼效应的观测与F-P标准具的使用 251

7.11功函数的测量 263

参考文献 269

附录A书中所用的Excel工作表目录（见网站） 271