无论你多么小心，测量总是有误差的。错误不是“错误”——它是测量过程的一部分。在科学上，测量误差称为实验误差或观测误差。

观测误差有两大类：随机误差和系统误差。随机误差在不同的测量中不可预测地变化，而系统误差在每个测量中具有相同的值或比例。随机错误是不可避免的，但会聚集在真实值周围。校准设备通常可以避免系统误差，但如果不进行校正，可能会导致测量值远离真实值。

关键外卖

• 随机误差导致一个测量值与下一个测量值略有不同。它来自实验过程中不可预测的变化。
• 系统误差总是以相同的量或相同的比例影响测量，前提是每次读取的方式相同。这是可以预测的。
• 随机误差不能从实验中消除，但大多数系统误差可以减少。

随机误差实例及原因

如果进行多次测量，则值围绕真实值聚集。因此，随机误差主要影响精度。通常，随机误差会影响测量的最后一个有效数字。

随机误差的主要原因是仪器的局限性、环境因素和程序的微小变化。例如：

• 在磅秤上称体重时，每次你的位置都略有不同。
• 在烧瓶中读取体积读数时，每次可以从不同角度读取数值。
• 当气流影响天平或水进入和离开样品时，在分析天平上测量样品质量可能会产生不同的值。
• 测量身高会受到微小姿势变化的影响。
• 风速的测量取决于测量的高度和时间。由于阵风和方向变化会影响数值，因此必须读取多个读数并取平均值。
• 当读数落在刻度上的标记之间或考虑到测量标记的厚度时，必须估计读数。

由于随机误差总是发生且无法预测，因此获取多个数据点并对其进行平均很重要，以了解变化量并估计真实值。

系统误差实例及原因

系统误差是可预测的，可以是常数，也可以是与测量值成比例的。系统误差主要影响测量的准确性。

系统误差的典型原因包括观测误差、仪器校准不完善和环境干扰。例如：

• 忘记皮重或调零天平产生的质量测量值总是“关闭”相同的量。使用前未将仪器设置为零而导致的误差称为偏移误差。
• 不在眼睛水平处读取弯月面进行体积测量将始终导致读数不准确。该值将始终保持低或高，这取决于读数是从标记上方还是下方读取。
• 由于材料的热膨胀，在低温下用金属尺测量长度的结果与在高温下测量长度的结果不同。
• 校准不当的温度计可能会在一定的温度范围内给出准确的读数，但在较高或较低的温度下会变得不准确。
• 使用新的布卷尺测量的距离与使用旧的拉伸卷尺测量的距离不同。这种比例误差称为比例因子误差。
• 当连续读数随时间持续变低或变高时，会发生漂移。电子设备容易漂移。随着设备升温，许多其他仪器会受到（通常为正）漂移的影响。

一旦确定其原因，系统误差可能会在一定程度上减少。通过定期校准设备、在实验中使用控制装置、读取读数前预热仪器以及将数值与标准值进行比较，可以将系统误差降至最低。

虽然随机误差可以通过增加样本量和平均数据来最小化，但系统误差很难补偿。避免系统误差的最佳方法是熟悉仪器的局限性，并熟悉仪器的正确使用。

关键要点：随机误差与系统误差

• 测量误差的两种主要类型是随机误差和系统误差。
• 随机误差导致一个测量值与下一个测量值略有不同。它来自实验过程中不可预测的变化。
• 系统误差总是以相同的量或相同的比例影响测量，前提是每次读取的方式相同。这是可以预测的。
• 随机误差不能从实验中消除，但大多数系统误差可以减少。

来源

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