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在量桌子的高度時,為什麼要多次測量取平均值誤差才最小?
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  • 1 # 宇宙的秘密

    重複是減少資訊失真的一個常用手段。論單個值的話,平均值離真正的值誤差不一定最小。但對我們來說,可靠性最高吧

  • 2 # 質量大資料

    測量時平均值誤差最小的理解是不對的,多次測量取平均值,也就是取算術平均值,並不是誤差最小,而是為避免或減小人為的誤差。

    在測量時,由於儀器、人員、實驗條件、環境等因素的限制,測量不可能無限精確,實際測量值與客觀真實值之間總會存在著一定的差異,這種差異就是測量誤差,通常,可以透過多次測量取算術平均值、或選用更精密的測量工具、或改進測量方法來減小測量誤差。

  • 3 # 物理思維

    首先任何測量都有一定精度,任何測量都不可能是無限精確的。這就造成了測量的誤差,假設測量值是x,真值是x0,我們把Δx定義為誤差:

    假設測量不存在系統偏差,每次測量的誤差將是隨機分佈的,可能比真值多一些,也可能比真值少一些。

    直觀地理解,如果我們只測量一次就有點撞大運的意思,可能很準,也可能誤差較大,多次測量意味著這次多點,下次可能少點,測量次數越多就有可能正、負相抵使得測量的平均值距離真值更接近。

    我們定義平均值是:

    這裡x1表示第一次測量的值,x2表示第二次測量的值……,第i次測量對真值的偏離是:

    由於Δx本身即可取正,也可取負,它不能很好地刻畫對真值偏離的大小。我們需要重新定義一個量來表示測量對真值的偏離:

    這個數Δ就是非負的了,Δ在這裡的含義是我們每次測量對真值偏離的“大小”。

    現在假設我們連續做了N次測量,第一次x1,第二次x2,……,把這些測量值都加起來,它應該對應真值Nx0,但實際上會有個偏離,那麼這個偏離的大小D是多少呢?

    我們可以這樣來計算:

    考慮1,2是兩次獨立的測量,在不存在系統誤差的情況下,Δx1和Δx2對真值x0的偏離是獨立的,所以Δx1Δx2這樣的項平均而言為0。

    這意味著根號裡面的第二項為0,x1+x2+...對Nx0的偏離D就是:

    這意味著平均值對真值x0的偏離D/N是:

    相對誤差:

    這就是物理學裡著名的根號下N分之一律,這意味著只要我們做足夠多次測量,N足夠大,即便我們每次測量都會有Δ大小的漲落,我們最終測量的誤差仍然可以足夠小。

    再給出一個根號下N分之一律的例子:考慮一罐氣體,單個氣體分子瞬間對器壁碰撞導致的壓強是非常隨機的,很多很多氣體分子在1秒內對器壁碰撞導致的壓強累加起來卻是很穩定的(δp/p非常小),並符合玻意耳定律:pV=nRT

  • 4 # 圓滿169773058

    我們在測量時的平均值誤差最小,在現實生活中也會出現大的誤差。如果用電子裝置測量時平均值的誤差是最小的,在用超能電子裝置測量時平均值的誤差是在零上。在現實生活中我們只看到了真實的物體存在,確忽略了暗物質的存在。所以在測量時的平均值的誤差是暗物質在作怪,暗物質會讓你在測量平均值時與實物本身產生微秒的誤差…。

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