A Level物理——物理实验中的数据
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每每谈到实验，参加ALevel考试的同学们都会感到如临大敌，因为实验考试在Physics中一直是同学们的一个弱项。而要很好的完成一个实验，测量数据总是一个必经的环节。有时使用不同的工具测量到的数据不完全一样，或者即使使用相同的工具在多次测量中得到的数据也不尽相同。这些都是由测量过程中不可避免的“误差”造成的。
今天我们青岛学校的矫志强老师就来带大家一起学习一下在物理实验中测量数据时可能会遇到的一些问题。
让我们从刘翔平世界纪录开始。在雅典奥运会上，刘翔在男子110米栏的比赛中，以平世界纪录的成绩夺得冠军。全国人民为刘翔感到骄傲，我也不例外。而且我还用自己的手表测量了刘翔跑完全程的时间。
不过我得到的时间是13秒，而不是官方给出的12.88秒。
是我测量错误了吗?
不，我和官方给出的时间都是正确的!之所以两个时间不一样，是因为我们使用的测量工具不同，因此两个数据的精确程度(precision)不同。
因为手表的最小刻度是秒，结果只能精确到秒。而专业的秒表可以精确到百分之一秒，因此测量到的数据是12.88秒。从这一点我们可以看出，实验中所用的测量工具刻度越小，得到的数据的precision就会越高。
这里同学们要注意的一点是，有时看似相同的两个数据，比如13秒和13.00秒，其实说明了所用的测量工具的精度不同，显然13.00秒的precision更高。
刚刚提到的13秒和12.88秒都是正确的(accurate)数据，只是精确程度(precision)不同。但如果是因为测量者的不仔细而把表读错数了，比如读成18秒，那么得到的数据就是错误的(inaccuracy)，这与所用的工具无关。
有时为了规避由于裁判失误而给运动员的比赛带来影响，在某些比赛中可能会由两名裁判同时给运动员计时。有的时候他们测量出的运动员的成绩并不相同，比如一个裁判测出的成绩可能是12.88秒而另一个裁判得到的可能是12.86秒。造成这一结果的原因可能有很多，除了使用不同的工具会对测量结果产生影响之外，有时同一种工具因为新旧程度的不同也可能导致不同的结果。也有可能是因为两个裁判听到发令枪响后的反映快慢不同，诸如此类的很多因素都是正常存在的。这就是在测量过程中不可避免的误差(uncertainty)。
刚刚提到的由于测量仪器的新旧造成的误差(uncertainty)，和测量人反映快慢所造成的误差(uncertainty)都被称之为系统误差(systematicerrors)。它们往往可以通过改变测量工具以及测量方法等来改进。
在系统误差(systematicerrors)中，有一种由于设备缺陷而无法避免的误差，叫零误差(zeroerrors)。比如从裁判按下秒表到秒表真正开始计时总会有一个时间差，这个时间差每次是相同的。这是在制作测量仪器时就存在着的一种缺陷，我们称之为零误差(zeroerrors)，它属于systematicerrors的一种。
还有一种无法避免的误差是偶然误差(randomuncertainties)。一个裁判在判断运动员是否撞线以停止计时时会存在一定的误差，且每次会有所不同，就是偶然误差(randomuncertainties)，他不属于系统误差(systematicerrors)。
现在看来在实验中测量数据时产生误差是必然的，而我们的目标就是让误差对数据的影响降到最低。
我们把这个影响用percentageuncertainty来表示，其公式为：
显然，uncertainty足够小，而measuredvale足够大，就是我们在设计一个实验时不得不考虑的重要因素之一。
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(编辑：秦洁)
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