题目
用千分尺(triangle (仪) = 0.005 , (mm),均匀分布)测量一个小球直径d,得到测量列(单位mm):2.489,2.504,2.491,2.507,2.508,2.501。可以计算得出d的标准偏差为____、平均值的标准偏差为____、A类不确定度为____、B类不确定度为____。
用千分尺($\triangle \text{仪} = 0.005 \, \text{mm}$,均匀分布)测量一个小球直径d,得到测量列(单位mm):2.489,2.504,2.491,2.507,2.508,2.501。可以计算得出d的标准偏差为____、平均值的标准偏差为____、A类不确定度为____、B类不确定度为____。
题目解答
答案
1. 测量值平均值为:
\[
\bar{x} = \frac{15.000}{6} = 2.500 \, \text{mm}
\]
2. 单次测量标准偏差:
\[
s = \sqrt{\frac{0.000332}{5}} \approx 0.0082 \, \text{mm}
\]
3. 平均值标准偏差:
\[
s_{\bar{x}} = \frac{s}{\sqrt{6}} \approx 0.0033 \, \text{mm}
\]
4. A类不确定度:
\[
u_A = s_{\bar{x}} \approx 0.0033 \, \text{mm}
\]
5. B类不确定度:
\[
u_B = \frac{0.005}{\sqrt{3}} \approx 0.0029 \, \text{mm}
\]
最终结果:
- 标准偏差 $ s \approx 0.0082 \, \text{mm} $。
- 平均值标准偏差 $ s_{\bar{x}} \approx 0.0033 \, \text{mm} $。
- A类不确定度 $ u_A \approx 0.0033 \, \text{mm} $。
- B类不确定度 $ u_B \approx 0.0029 \, \text{mm} $。
解析
本题主要考查测量数据处理中的平均值计算、标准偏差计算、平均值标准偏差计算以及A类和B类不确定度的计算。解题思路如下:
- 计算测量值的平均值:平均值是所有测量值的总和除以测量次数。
- 计算单次测量的标准偏差:标准偏差反映了测量数据的离散程度,通过测量值与平均值的偏差平方和来计算。
- 计算平均值的标准偏差:平均值的标准偏差是单次测量标准偏差除以测量次数的平方根。
- 计算A类不确定度:A类不确定度通常用平均值的标准偏差来表示。
- 计算B类不确定度:已知千分尺的仪器误差限为均匀分布,根据均匀分布的不确定度计算公式进行计算。
下面进行详细的计算:
- 计算测量值的平均值:
已知测量列数据为$2.489$,$2.504$,$2.491$,$2.507$,$2.508$,$2.501$,测量次数$n = 6$。
根据平均值公式$\bar{x}=\frac{\sum_{i = 1}^{n}x_{i}}{n}$,可得:
$\bar{x}=\frac{2.489 + 2.504 + 2.491 + 2.507 + 2.508 + 2.501}{6}=\frac{15.000}{6}=2.500\,\text{mm}$ - 计算单次测量的标准偏差:
根据标准偏差公式$s = \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{n}(x_{i}-\bar{x})^{2}}{n - 1}}$,分别计算$(x_{i}-\bar{x})^{2}$的值:
$(2.489 - 2.500)^{2}=(-0.011)^{2}=0.000121$
$(2.504 - 2.500)^{2}=0.004^{2}=0.000016$
$(2.491 - 2.500)^{2}=(-0.009)^{2}=0.000081$
$(2.507 - 2.500)^{2}=0.007^{2}=0.000049$
$(2.508 - 2.500)^{2}=0.008^{2}=0.000064$
$(2.501 - 2.500)^{2}=0.001^{2}=0.000001$
则$\sum_{i = 1}^{6}(x_{i}-\bar{x})^{2}=0.000121 + 0.000016 + 0.000081 + 0.000049 + 0.000064 + 0.000001 = 0.000332$。
所以$s = \sqrt{\frac{0.000332}{6 - 1}}=\sqrt{\frac{0.000332}{5}}\approx0.0082\,\text{mm}$。 - 计算平均值的标准偏差:
根据平均值标准偏差公式$s_{\bar{x}}=\frac{s}{\sqrt{n}}$,可得:
$s_{\bar{x}}=\frac{0.0082}{\sqrt{6}}\approx0.0033\,\text{mm}$ - 计算A类不确定度:
A类不确定度$u_A$通常用平均值的标准偏差来表示,即$u_A = s_{\bar{x}}\approx0.0033\,\text{mm}$。 - 计算B类不确定度:
已知千分尺的仪器误差限$\Delta_{\text{仪}} = 0.005\,\text{mm}$,且为均匀分布,根据均匀分布的不确定度计算公式$u_B=\frac{\Delta_{\text{仪}}}{\sqrt{3}}$,可得:
$u_B=\frac{0.005}{\sqrt{3}}\approx0.0029\,\text{mm}$