解析誤差理論在高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

張永年

物理作為高中階段的重要學(xué)科，注重理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，借助物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)理論知識(shí)向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化，加深理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解.高中物理實(shí)驗(yàn)操作中，由于受到實(shí)驗(yàn)條件或者學(xué)生操作水平等因素的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的誤差，得出的結(jié)論和理論存在一定的差異，給學(xué)生的物理學(xué)習(xí)帶來(lái)困惑.因此，高中物理教學(xué)中，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生正確對(duì)待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)有效利用誤差理論.

一、誤差理論在力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

“力的平行四邊形定則驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)是高中物理的重要實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)原理是兩個(gè)力的共同作用效果和另外一個(gè)力的作用效果相同，那么這個(gè)力則是另外兩個(gè)力的合力，根據(jù)平行四邊形定則求解合力.在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)探究和操作中，涉及理論值和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值之間的誤差.如果誤差控制在合理的范圍內(nèi)，則可以證明兩者相等，驗(yàn)證平行四邊形定則.平行四邊形定則不只是在力學(xué)中可以應(yīng)用，在位移、速度及加速度等內(nèi)容中，同樣適用實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，需要使用方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、細(xì)繩套、三角板、刻度尺、圖釘及鉛筆等器材.在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要使用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出兩個(gè)分力的大小和另外一個(gè)合力的大小.實(shí)驗(yàn)中很難保證合力和分力和完全一致.特別是學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)中，誤差可能會(huì)更大.學(xué)生可以采取以下方法降低誤差：首先，彈簧測(cè)力計(jì)在使用之前，需要做好指針的檢查，保證其在零刻度位置，同時(shí)使用砝碼檢查，校正示數(shù)誤差;其次，拉動(dòng)的過(guò)程中，避免彈簧和外殼碰撞或者摩擦;第三，在同一次的實(shí)驗(yàn)中，保證橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)的位置相同.

二、誤差理論在勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用

勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)是高中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)的重要內(nèi)容.在課堂教學(xué)中，需要通過(guò)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)探究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中，其數(shù)據(jù)同樣存在一定的誤差.勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，需要測(cè)量運(yùn)動(dòng)的加速度.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)展測(cè)量工作，使得抽象的加速度能夠轉(zhuǎn)化為直觀(guān)的數(shù)據(jù).在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，抽動(dòng)紙條的速度存在差異，打點(diǎn)時(shí)容易出現(xiàn)誤差.教師引導(dǎo)學(xué)生選擇合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以有效降低實(shí)驗(yàn)的誤差.實(shí)驗(yàn)中需要使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、低壓交流電源、小車(chē)、墊片、長(zhǎng)木板、刻度尺及導(dǎo)線(xiàn)等.通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，在加速度的求解時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生采用逐差法計(jì)算，能夠有效降低實(shí)驗(yàn)誤差.同時(shí)針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差和系統(tǒng)誤差，了解誤差產(chǎn)生的原因，做好相關(guān)注意事項(xiàng).在開(kāi)始釋放小車(chē)時(shí)，小車(chē)應(yīng)當(dāng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，要先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定之后，釋放小車(chē).打點(diǎn)完畢之后，應(yīng)當(dāng)立即斷開(kāi)電源，如果打點(diǎn)較輕或者較短時(shí)，調(diào)整振針和復(fù)寫(xiě)紙之間的距離，選擇清晰的紙帶，適當(dāng)選擇計(jì)數(shù)點(diǎn).

三、誤差理論在電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

電學(xué)是高中物理的重要知識(shí)內(nèi)容，測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)是電學(xué)的重要實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)探究中也會(huì)出現(xiàn)測(cè)量方面的誤差，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理利用誤差理論.在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，需要使用安培表、伏特表、滑動(dòng)變阻器、電源（干電池）、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線(xiàn).根據(jù)相應(yīng)的原理將實(shí)驗(yàn)器材連接，開(kāi)展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，并且記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，不同的實(shí)驗(yàn)方式及儀器的連接都會(huì)造成一定程度的誤差.教師應(yīng)當(dāng)選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材，采取合理的連接方式和科學(xué)化實(shí)驗(yàn)探究方式.在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，可以采取平均值和圖像法兩種方式，降低實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差.同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)中，電鍵閉合之前，確定變阻滑片的位置;電池應(yīng)當(dāng)選用舊電池;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電流不應(yīng)過(guò)大，在每次讀數(shù)之后需要斷電.在圖像繪制時(shí)，描點(diǎn)連線(xiàn)應(yīng)當(dāng)盡可能多的通過(guò)點(diǎn)，不在直線(xiàn)上的點(diǎn)應(yīng)當(dāng)均勻地分布在直線(xiàn)兩側(cè)，偏離直線(xiàn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)當(dāng)舍去.縱軸的刻度可以不從零開(kāi)始，但是橫坐標(biāo)必須從零開(kāi)始.

總之，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，誤差理論有著重要的作用.在物理實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，應(yīng)用誤差理論，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，分析誤差產(chǎn)生的原因，明確誤差產(chǎn)生的源頭，能夠快速地解決偶然性誤差因素，幫助學(xué)生更好地掌握物理知識(shí).學(xué)生通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力，體會(huì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的科學(xué)性，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乜茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度，從而更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)待物理實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

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