减少实验题误差的解决途径

2023-07-04 04:55王诗锋
数理天地(高中版) 2023年12期
关键词:误差分析高中物理实验教学

王诗锋

【摘要】实验误差类问题一直是学生在完成实验题方面的软肋,不少学生一遇到误差分析类问题就直接放弃,从而失去不该丢的分数.本文结合常见力学实验与电学实验中误差分析的问题,分析实验误差常见的原因.

【关键词】高中物理;实验教学;误差分析

1 实验误差产生原因分析

1.1 由于实验器材限制而产生的误差

所有的测量都要有仪器,而仪器的精确度直接影响误差的大小.

例如 用欧姆表测量一个电阻的阻值,因为欧姆表原理是闭合电路欧姆定律,所以上面的刻度盘都是粗略分割的,其刻度不可能均匀,不可能精确测出阻值.用伏安法有误差吗?

如图1所示,图1甲为安培表外接法,图1乙为安培表内接法,不管采用哪种方式,都有一个电表不能准确读出电阻R的電压或电流,也就是说,误差不能避免,但是可以根据电表的内阻和待测电阻的阻值合理选择接法,可以适当减少误差.

1.2 由于实验环境或外部条件变化而产生的误差

许多物理的实验过程中,在寻找规律或者进行一些常数的测量时,都是需要一定的条件的.

例如 测量金属丝电阻率的实验需要使用铜丝,即使学生非常耐心地在实验室测量,将所有的数据都控制在最精确的范围,也不可能得到电阻率的标准值,因为书本上给出的数据是20℃时的数值,实验室不太可能提供这样的恒温环境,所以在每年9月份做这个实验时,得到的数值总会比标准值偏大,原因就在于环境温度高于20℃.

1.3 由于不符合题设条件而产生的误差

例如 利用如图2所示的气垫导轨验证机械能守恒.钩码通过左侧定滑轮拉动带遮光条的滑块,利用光电门测出滑块过光电门1与光电门2的时间,遮光条宽度用游标卡尺测出.

很明显这个问题是一个系统守恒的问题.实验中,只要得到钩码重力势能的减少,再去比对系统动能的增加,就能验证机械能是否守恒.

问题 经过多次实验发现,系统动能的增加总是大于钩码重力势能的减少,但数据相差并不是很大,问可能是什么原因造成的?

验证机械能守恒,所有学生都熟知的一个结论是:由于阻力的存在,重力势能的减少总是略大于动能的增加.而这个题目中出现的问题,一下子打乱了学生的思维定势,到底是哪里出了问题呢?

实际上,大家要注意到这个实验有一个条件,那就是实验时滑块必须是在水平面上移动,也就是说它的重力肯定不能做功.

如果气垫导轨没有被调节到完全水平,特别是左侧低的情况,滑块向左移动时,其重力也在做正功,当然系统动能的增加要大于钩码重力势能的减少了.

为什么相差并不是太多呢?那是由两边高度偏差并不是太大造成的.

1.4 由于电路设计而产生的误差

电学实验是高考物理中的重要考查内容,其误差分析总是让学生感觉“头痛”.

以上是实验题常见误差来源的分析,教师要针对这些问题,通过解析使学生的解题能力得到突破.

2 针对误差产生原因的合理解决途径分析

2.1 选择合适的器材,做适合测量的实验

在实验题中,经常会遇到器材选取类问题.许多实验都是从减小误差的角度来选择器材,例如测量金属丝电阻率的实验,直径的选择就选用了螺旋测微器,其实比较粗的金属丝也可以用刻度尺测量,但是误差就要大得多.

2.2 尽可能创设符合实验要求的环境或条件

每一个探索性或验证性的实验都有实验的具体要求,教师要尽可能地创设符合实验要求的条件,这样才能减小实验误差.

2.3 从实验原理上去分析,找出误差的根源

任何实验都有原理,只有从原理上去分析,才能带领学生找到误差的来源.

3 结语

误差分析伴随着物理实验,也伴随着学生对物理理解的加深,只有教师在实验过程中对学生进行正确的引导,并在带领学生分析问题时对这些问题逐步深入地探讨,学生才能够对实验问题有更深入的认识,从而顺利解决误差类问题.

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