物理實(shí)驗(yàn)誤差分析
物理實(shí)驗(yàn)誤差分析
物理實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)對(duì)物理量進(jìn)行測(cè)量。由于測(cè)量?jī)x器、實(shí)驗(yàn)條件、測(cè)量方法與人為因素的局限,測(cè)量是不可能無(wú)限精確的。接下來(lái)學(xué)習(xí)啦小編為你整理了物理實(shí)驗(yàn)誤差分析，一起來(lái)看看吧。
物理實(shí)驗(yàn)誤差分析一、實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生
誤差是客觀存在的,但誤差有大與小之別,我們只有知道誤差的產(chǎn)生、變大或減小的原因,才能在實(shí)驗(yàn)中盡可能地減小誤差。從誤差產(chǎn)生的來(lái)源看,誤差可分系統(tǒng)誤差和偶然誤差。
例1.彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量時(shí)的誤差分析
1.偶然誤差
彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量讀數(shù)時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)有時(shí)讀數(shù)偏大,有時(shí)讀數(shù)又可能偏小,每次的讀數(shù)一般不等,這就是測(cè)量中存在的偶然誤差。
2.系統(tǒng)誤差
首先,從測(cè)力計(jì)的設(shè)計(jì)上看,在制作刻度時(shí),都是按向上拉設(shè)計(jì)的,此時(shí)彈簧受自重而伸長(zhǎng)。因此向上拉使用時(shí),彈簧的自重對(duì)測(cè)量沒(méi)有影響,此時(shí)誤差最小。當(dāng)我們水平使用時(shí),彈簧的自身重力豎直向下,而彈簧水平放置,此時(shí)彈簧自重不會(huì)使彈簧長(zhǎng)度發(fā)生變化。與豎直向上使用對(duì)比,彈簧長(zhǎng)度略短,指針沒(méi)有指在零刻度線上。這時(shí),使用誤差增大,測(cè)量值略小于真實(shí)值(但由于變化不大可以忽略不計(jì))。當(dāng)我們豎直向下用力使用時(shí),彈簧由于自身重力影響而變短,與豎直向上使用相比指針偏離零刻度底線較遠(yuǎn),這時(shí)使用誤差較大,測(cè)量值比真實(shí)值小得多。我們?cè)谑褂脮r(shí)必須進(jìn)行零點(diǎn)矯正。
物理實(shí)驗(yàn)誤差分析二、實(shí)驗(yàn)誤差的減小
在對(duì)誤差進(jìn)行分析研究確定其產(chǎn)生來(lái)源和所屬類型后,可采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)系統(tǒng)誤差加以限制或減小,使測(cè)得值中的誤差得到抵消,從而消弱或減小誤差對(duì)結(jié)果的影響。
1.偶然誤差的控制
(1)測(cè)量中讀數(shù)誤差的控制
測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)規(guī)則是:測(cè)量誤差出現(xiàn)在哪一位,讀數(shù)就應(yīng)讀到哪一位,一般可根據(jù)測(cè)量?jī)x器的最小分度來(lái)確定讀數(shù)誤差出現(xiàn)的位置。
(2)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中測(cè)量誤差的控制
數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的各個(gè)方面都是與測(cè)量誤差問(wèn)題密切相關(guān)的,總的原則是:數(shù)據(jù)處理不能引進(jìn)“誤差”的精確度,但也不能因?yàn)樘幚聿划?dāng)而引進(jìn)“誤差”來(lái),要充分利用和合理取舍所得數(shù)據(jù),得出最好的結(jié)果來(lái),數(shù)據(jù)處理過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
?、僭谶\(yùn)算中要適當(dāng)保留有效數(shù)字。
?、诙啻螠y(cè)量后的數(shù)據(jù)要參照一定的判斷決定是否全部數(shù)據(jù)都保留。
?、塾米鲌D法處理數(shù)據(jù)時(shí),要注意圖紙大小的選擇,等等。
2.系統(tǒng)誤差的控制
(1)通過(guò)更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)減小系統(tǒng)誤差。
不科學(xué)的或者不恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致較大的難以忽略的系統(tǒng)誤差。反之,一個(gè)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)則能有效減少系統(tǒng)誤差。
(2)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)程中減小測(cè)量誤差。
①儀器的調(diào)整和調(diào)節(jié)。儀器要調(diào)整達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo),如光具座、天平和電表的靈敏度等。計(jì)測(cè)儀表要定期校準(zhǔn)到它的偏離對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所造成的影響可以忽略不計(jì)。
?、趯?shí)驗(yàn)條件的保證。必須保證實(shí)驗(yàn)的理論設(shè)計(jì)和儀器裝置所要求的實(shí)驗(yàn)條件。
③儀表的選用。如選用大量程的檔去測(cè)量小量值,儀表的偏轉(zhuǎn)只占整個(gè)量程中的一小部分,這就會(huì)導(dǎo)致相對(duì)誤差變大或者是使用這種等級(jí)的儀表是浪費(fèi)的。
④測(cè)量安排。要從測(cè)量誤差的角度來(lái)考慮。有的關(guān)鍵量要進(jìn)行多次測(cè)量,還要想方設(shè)法從各個(gè)角度去把它測(cè)準(zhǔn);可以多測(cè)一些容易測(cè)準(zhǔn)的量,消去一個(gè)或幾個(gè)不易測(cè)準(zhǔn)的量。有時(shí),在測(cè)量步驟的安排上作適當(dāng)?shù)目紤]也可以減小誤差,如有的量在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是隨機(jī)起伏的,有的量則是定向漂移的,都可以在測(cè)量中作出一定的安排來(lái)減小誤差。
(3)通過(guò)測(cè)量后的理論計(jì)算提供修正值來(lái)減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差。
有些實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下已很難有大的改進(jìn),那么這類實(shí)驗(yàn)就可以通過(guò)理論計(jì)算提供修正值從而達(dá)到減少系統(tǒng)誤差的目的。
例2.伏安法測(cè)電阻系統(tǒng)誤差的減小
伏安法測(cè)電阻中因電流表分壓和電壓表分流產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差可以通過(guò)電路的設(shè)計(jì)來(lái)減小。
誤差是物理實(shí)驗(yàn)中不可或缺的重要內(nèi)容,不少重要的發(fā)現(xiàn)均是通過(guò)對(duì)誤差來(lái)源和大小仔細(xì)分析后得來(lái)的。限于初中生的能力,我們不應(yīng)要求他們掌握更難的誤差處理,但讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差及其分析有初步的了解,不僅可以使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有更深刻的認(rèn)識(shí),而且可以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)思考,以對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行有效的控制,培養(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。
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