试次

科学探究与测量

shì cì

试次是实验步骤的一次完整执行;重复试次能揭示变异性,并使平均值更可靠。

Definition

试次是你的实验从头到尾的一次尝试,科学家重复试次是因为单独一次可能是侥幸。每个试次是在一组条件下对步骤的一次执行;在自变量的每个水平下进行多次试次并取平均,可以减小随机误差,而各试次之间的离散程度显示了测量的可重复性。试次必须真正相互独立,也就是说要把装置重新设置并重新测量,而不是对同一套装置重复读数,否则重复会低估真实的变异性。多次试次的平均值估计真值,同时随机误差部分抵消,极差或标准差则定量描述精密度。

Example

把小车从斜面上释放并测量它滚行的距离是一个试次;三个试次得到 $82\ \text{cm}$、$85\ \text{cm}$ 和 $84\ \text{cm}$。给 $5\ \text{g}$ 盐在 $30^\circ\text{C}$ 下的溶解计时,三个试次 $25$、$27$ 和 $26\ \text{s}$ 的平均值为 $26\ \text{s}$,极差为 $2\ \text{s}$。五次小车速度 $2.38$、$2.42$、$2.35$、$2.44$ 和 $2.41\ \text{m/s}$ 的平均值为 $2.40\ \text{m/s}$,极差为 $0.09\ \text{m/s}$,由于平均值的标准误差大致按 $1/\sqrt{n}$ 下降,二十个试次大约能把这一不确定度减半。

Key Insight

如果你的试次结果彼此接近,你就可以信任这个结果;如果相差很远,就说明有什么东西在变化而你没有注意到。三个试次是课堂上常见的最低要求,但那只是下限,噪声大的测量需要更多试次。更多试次能缩小随机误差,却对系统误差无能为力:一个校准不当的计时器每次都给出同样错误的答案,取平均只会让你对它更有信心。