從實(shí)驗(yàn)誤差分析談實(shí)驗(yàn)操作方法
普通高中物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中指出:能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求合理選擇并安裝實(shí)驗(yàn)器材,正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,能排除實(shí)驗(yàn)中的一般故障?,F(xiàn)就高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差分析談操作方法。
一、長(zhǎng)度的測(cè)量
1、誤差分析:
用刻度尺測(cè)量物體長(zhǎng)度的誤差:
?、賹?duì)小于1mm的部分長(zhǎng)度估讀不準(zhǔn)確;
?、诳潭染€未與被測(cè)長(zhǎng)度平行;
?、劭潭瘸叩钠瘘c(diǎn)(可以不是“0”刻度線)與被測(cè)長(zhǎng)度的起點(diǎn)未對(duì)齊;
?、芤暰€未與刻度尺垂直等。
2、操作方法:
(1)用刻度尺測(cè)量
?、贉y(cè)量時(shí)米尺的刻度線要緊貼待測(cè)物體,以減小視差;
?、谑褂们白⒁庥^察刻度尺的量程和最小刻度值;
?、蹨y(cè)量起點(diǎn)不一定選在“0”刻度線,應(yīng)使操作盡量簡(jiǎn)便;
?、茏x數(shù)時(shí)視線要與尺面垂直;測(cè)量精度要求較高時(shí),要進(jìn)行重復(fù)測(cè)量,然后取平均值;
?、莺撩滓韵碌臄?shù)值靠目測(cè)估讀一位,估計(jì)值至少是最小刻度的1/10。
(2)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量
?、僭诳从螛?biāo)尺上的哪條刻線與主尺上的某條刻線重合時(shí),要選一條重合得最好的來(lái)讀數(shù);
?、谠诳词怯螛?biāo)尺上第幾條刻條與主尺刻線重合時(shí),不包括游標(biāo)尺的零刻度在內(nèi);
?、墼谧x數(shù)前,先擰緊緊固螺釘,以免游標(biāo)尺移動(dòng)影響讀數(shù);
?、芫_度為0.1mm,0.05mm和0.02mm的游標(biāo)卡尺的讀數(shù),以mm為單位時(shí),讀數(shù)保留到小數(shù)點(diǎn)后第1位、第2位和第3位。
二、驗(yàn)證力的平行四邊形定則
1、誤差分析
?、儆妹椟c(diǎn)法記錄的拉力方向不夠準(zhǔn)確;
?、谒髌叫兴倪呅蔚膶?duì)邊不嚴(yán)格平行;
③拉橡皮條時(shí),沒(méi)有做到橡皮條及兩細(xì)繩套平行于方木板,使在紙上所描下的拉力方向并不是拉力的真實(shí)方向;
?、軟](méi)有校準(zhǔn)彈簧秤的零點(diǎn),兩只彈簧秤的刻度不準(zhǔn)確;⑤彈簧的拉桿與限位孔有磨擦,使彈簧讀數(shù)并不能真正表示細(xì)繩中拉力的大小。
2、操作方法
①不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),可拴一短細(xì)繩再連兩細(xì)繩套,以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),使結(jié)點(diǎn)小些,便于準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)O的位置。
?、诓灰美匣南鹌l,檢查方法是用一個(gè)彈簧秤拉橡皮條,要反復(fù)做幾次使橡皮條拉伸到相同的長(zhǎng)度看彈簧秤讀數(shù)有無(wú)變化。
?、蹚椈沙釉谑褂们皯?yīng)將其水平放置,然后檢查、校正零點(diǎn)。將兩彈簧秤互相鉤著水平拉伸,選擇兩只讀數(shù)完全一致的彈簧秤使用。
?、茉谕淮螌?shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)O的位置一定要重合。
?、萦脙芍粡椈沙鱼^住繩套互成角度地拉像皮條時(shí),夾角不宜太大也不宜太小,以60°-100°之間為宜。
?、拮x數(shù)時(shí)應(yīng)注意使彈簧秤與木板平行,并使細(xì)繩套與彈簧秤的軸線在同一條直線上。避免彈簧秤的外殼、彈簧秤的限位卡之間有摩托。讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧秤的刻度,在合力不超出量程及橡皮條彈性限度的前提下,拉力的數(shù)值盡量大些。
⑦細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些,便于確定力的方向,不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn),取掉細(xì)繩套后,再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連直線確定力的方向。
?、嘣谕淮螌?shí)驗(yàn)中,畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度,使所作力的圖示稍大一些。
三、探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系
1、誤差分析
本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)自以下兩個(gè)方面:
?、?gòu)椈傻拈L(zhǎng)度測(cè)量不精確。
?、诿椟c(diǎn)、畫圖不精確。
2、操作方法
①安裝時(shí),要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。
②實(shí)驗(yàn)時(shí),要盡量選擇長(zhǎng)度較大、匝數(shù)較多,但軟硬程度(頸度系數(shù))適中的彈簧,以每掛一個(gè)鉤碼(20g),彈簧伸長(zhǎng)量增大1-2cm為宜。
?、圩x取彈簧下端所對(duì)應(yīng)刻度時(shí),要用三角板,并且視線垂直于刻度,力求讀數(shù)準(zhǔn)確,等鉤碼靜止時(shí),再讀數(shù)。
④實(shí)驗(yàn)中懸掛鉤碼時(shí)注意不要太多,以免彈簧被過(guò)分拉伸,超過(guò)彈簧的彈性限度。
?、菀褂幂p質(zhì)彈簧,且要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。
?、藿ㄗ鴺?biāo)系時(shí),要選擇合適標(biāo)度,以使所畫曲線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙。
⑦畫圖紙時(shí),不一定要讓所有各點(diǎn)都正好在曲線上,但應(yīng)注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)大致相同,偏離太遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍棄。
四、研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)
1、誤差分析
本實(shí)驗(yàn)參與計(jì)算的量有s和T,因此誤差來(lái)源于s和T。
①由于相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離s測(cè)量不夠精確。
?、谑须姷念l率不穩(wěn)定使T不穩(wěn)定。
2、操作方法
?、僖阢^碼(或砂桶)落地處放上軟墊或砂箱,防止撞壞鉤碼。
②要在小車到達(dá)滑輪前用手按住它或放置泡沫塑料擋板,防止撞壞小車。
③小車的加速度宜適當(dāng)大些,可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差,加速度大小能在約50cm的紙帶上清楚地取出7-8個(gè)小計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。
?、芗垘н\(yùn)動(dòng)時(shí)盡量不要讓紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔摩擦。
?、菀冉油娫矗螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后,再放開(kāi)小車;放開(kāi)小車時(shí),小車要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,以充分利用紙帶的長(zhǎng)度。
?、薏灰侄螠y(cè)量各段位移,應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢(可先統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)O之間的距離),讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位。
五、研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)
1、誤差分析
?、侔惭b斜槽時(shí),其末端切線不平而產(chǎn)生誤差。
?、诮⒆鴺?biāo)系時(shí),以斜槽末端端口位置為坐標(biāo)原點(diǎn),實(shí)際上應(yīng)是末端端口上的小球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)。
?、圬Q直軸(y軸)畫得不準(zhǔn)確。
?、苊璩鲕壽E上的各點(diǎn)時(shí),由于目測(cè)不準(zhǔn),而使描點(diǎn)不準(zhǔn)確。
?、輸?shù)據(jù)測(cè)量時(shí),測(cè)量不準(zhǔn)確。
2、操作方法
?、傩辈勰┒饲芯€必須水平。
②每次從同一位置無(wú)初速釋放小球,以使小球每一次拋出后軌跡相同,每次描出的點(diǎn)在同一條軌跡上。
?、郯惭b實(shí)驗(yàn)裝置時(shí),要注意使軌道末端與圖板相靠近,并保持它們的相對(duì)位置不變。
?、芤弥卮咕€把圖紙校準(zhǔn)到豎直方向,使小球運(yùn)動(dòng)軌跡所在豎直平面靠近圖板,又不接觸圖板。
?、葑鴺?biāo)原點(diǎn)不是槽口末端點(diǎn),應(yīng)是球在槽口時(shí),球心在圖板上的水平投影點(diǎn)。
?、耷虻尼尫鸥叨纫m當(dāng),使其軌跡不致太平也不致于太豎直。
?、哂?jì)算初速度時(shí),應(yīng)選離拋出點(diǎn)遠(yuǎn)些的點(diǎn)。
六、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
1、誤差分析
?、僦匚锖图垘г谙侣溥^(guò)程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功,故動(dòng)能的增加量mν2稍小于重力勢(shì)能的減少量mgh,這是不可避免的,這屬于系統(tǒng)誤差。
?、陂L(zhǎng)度的測(cè)量,屬偶然誤差。
2、操作方法
①鐵架臺(tái)應(yīng)豎直安裝,可使紙帶所受阻力減小。
②應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物,增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小,增大密度可以減小體積,可使空氣阻力減小。
?、蹜?yīng)先打開(kāi)電源讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始打點(diǎn)穩(wěn)定后,再放開(kāi)紙帶讓重物下落。
?、苓x取紙帶點(diǎn)跡清晰,所打點(diǎn)呈一條直線。第1和第2兩打點(diǎn)間距離接近2mm。
七、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律
1、誤差分析
實(shí)驗(yàn)所研究的過(guò)程是兩個(gè)不同質(zhì)量的金屬球發(fā)生水平正碰,因此“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件。實(shí)驗(yàn)中兩球球心高度不在同一水平面上,給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差。每次靜止釋放入射小球的釋放點(diǎn)越高,兩球相碰時(shí)內(nèi)力越大,動(dòng)量守恒的誤差越小,應(yīng)進(jìn)行多次碰撞,落點(diǎn)取平均位置來(lái)確定,以減小偶然誤差。
2、操作方法
?、傩辈勰┒说那芯€必須水平。
?、谌肷湫∏蛎看味急仨殢男辈弁桓叨扔伸o止釋放。
?、廴肷淝蛸|(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量。
?、軐?shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。
八、用單擺測(cè)定重力加速度
1、誤差分析
①本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于單擺模型本身是否符合要求,即:懸點(diǎn)是否固定,是單擺還是復(fù)擺,球、線是否符合要求,振動(dòng)是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)振動(dòng)以及測(cè)量哪段長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)等等。
?、诒緦?shí)驗(yàn)偶然誤差主要來(lái)自時(shí)間(即單擺周期)的測(cè)量上。因此,要從擺球通過(guò)平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí),并采用倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)的方法,不能多記振動(dòng)次數(shù)。
2、操作方法
?、僖獜臄[球過(guò)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。
②要測(cè)多次全振動(dòng)的時(shí)間來(lái)計(jì)算周期。如在擺球過(guò)平衡位置時(shí)啟動(dòng)秒表,同時(shí)數(shù)零,以后擺球每過(guò)一次平衡位置記一個(gè)數(shù)。最后秒表計(jì)時(shí)為t秒,記數(shù)為n,則周期T==秒。
③構(gòu)成單擺的條件:細(xì)線的質(zhì)量要小,彈性要小,球要選用體積小、密度大的小球,擺角不能超過(guò)10°。
?、芤箶[球從同一豎直面內(nèi)擺動(dòng),不能形成圓錐擺,方法是由靜止釋放擺球。
?、輸[長(zhǎng)是懸點(diǎn)到球心的距離。擺線上端要打結(jié)固定好,以免擺動(dòng)過(guò)程中擺長(zhǎng)發(fā)生變化。
?、廾氡碜x數(shù)時(shí),不需要估讀,因?yàn)槊氡淼闹羔樦粫?huì)停在某一s刻度線上,不會(huì)停在兩個(gè)s刻度線之間。