物理實驗誤差分析
物理實驗誤差分析
物理實驗離不開對物理量進行測量。由于測量儀器、實驗條件、測量方法與人為因素的局限,測量是不可能無限精確的。接下來學(xué)習(xí)啦小編為你整理了物理實驗誤差分析，一起來看看吧。
物理實驗誤差分析一、實驗誤差的產(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,才能在實驗中盡可能地減小誤差。從誤差產(chǎn)生的來源看,誤差可分系統(tǒng)誤差和偶然誤差。
例1.彈簧測力計測量時的誤差分析
1.偶然誤差
彈簧測力計測量讀數(shù)時,經(jīng)常出現(xiàn)有時讀數(shù)偏大,有時讀數(shù)又可能偏小,每次的讀數(shù)一般不等,這就是測量中存在的偶然誤差。
2.系統(tǒng)誤差
首先,從測力計的設(shè)計上看,在制作刻度時,都是按向上拉設(shè)計的,此時彈簧受自重而伸長。因此向上拉使用時,彈簧的自重對測量沒有影響,此時誤差最小。當(dāng)我們水平使用時,彈簧的自身重力豎直向下,而彈簧水平放置,此時彈簧自重不會使彈簧長度發(fā)生變化。與豎直向上使用對比,彈簧長度略短,指針沒有指在零刻度線上。這時,使用誤差增大,測量值略小于真實值(但由于變化不大可以忽略不計)。當(dāng)我們豎直向下用力使用時,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,這時使用誤差較大,測量值比真實值小得多。我們在使用時必須進行零點矯正。
物理實驗誤差分析二、實驗誤差的減小
在對誤差進行分析研究確定其產(chǎn)生來源和所屬類型后,可采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ο到y(tǒng)誤差加以限制或減小,使測得值中的誤差得到抵消,從而消弱或減小誤差對結(jié)果的影響。
1.偶然誤差的控制
(1)測量中讀數(shù)誤差的控制
測量儀器的讀數(shù)規(guī)則是:測量誤差出現(xiàn)在哪一位,讀數(shù)就應(yīng)讀到哪一位,一般可根據(jù)測量儀器的最小分度來確定讀數(shù)誤差出現(xiàn)的位置。
(2)數(shù)據(jù)處理過程中測量誤差的控制
數(shù)據(jù)處理問題的各個方面都是與測量誤差問題密切相關(guān)的,總的原則是:數(shù)據(jù)處理不能引進“誤差”的精確度,但也不能因為處理不當(dāng)而引進“誤差”來,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,數(shù)據(jù)處理過程中應(yīng)注意以下幾點。
①在運算中要適當(dāng)保留有效數(shù)字。
②多次測量后的數(shù)據(jù)要參照一定的判斷決定是否全部數(shù)據(jù)都保留。
③用作圖法處理數(shù)據(jù)時,要注意圖紙大小的選擇,等等。
2.系統(tǒng)誤差的控制
(1)通過更科學(xué)的實驗設(shè)計來減小系統(tǒng)誤差。
不科學(xué)的或者不恰當(dāng)?shù)膶嶒炘O(shè)計會導(dǎo)致較大的難以忽略的系統(tǒng)誤差。反之,一個科學(xué)的實驗設(shè)計則能有效減少系統(tǒng)誤差。
(2)實驗操作進程中減小測量誤差。
?、賰x器的調(diào)整和調(diào)節(jié)。儀器要調(diào)整達到規(guī)定的設(shè)計技術(shù)指標,如光具座、天平和電表的靈敏度等。計測儀表要定期校準到它的偏離對實驗結(jié)果所造成的影響可以忽略不計。
?、趯嶒灄l件的保證。必須保證實驗的理論設(shè)計和儀器裝置所要求的實驗條件。
?、蹆x表的選用。如選用大量程的檔去測量小量值,儀表的偏轉(zhuǎn)只占整個量程中的一小部分,這就會導(dǎo)致相對誤差變大或者是使用這種等級的儀表是浪費的。
?、軠y量安排。要從測量誤差的角度來考慮。有的關(guān)鍵量要進行多次測量,還要想方設(shè)法從各個角度去把它測準;可以多測一些容易測準的量,消去一個或幾個不易測準的量。有時,在測量步驟的安排上作適當(dāng)?shù)目紤]也可以減小誤差,如有的量在實驗過程中是隨機起伏的,有的量則是定向漂移的,都可以在測量中作出一定的安排來減小誤差。
(3)通過測量后的理論計算提供修正值來減小實驗系統(tǒng)誤差。
有些實驗在現(xiàn)有實驗條件下已很難有大的改進,那么這類實驗就可以通過理論計算提供修正值從而達到減少系統(tǒng)誤差的目的。
例2.伏安法測電阻系統(tǒng)誤差的減小
伏安法測電阻中因電流表分壓和電壓表分流產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差可以通過電路的設(shè)計來減小。
誤差是物理實驗中不可或缺的重要內(nèi)容,不少重要的發(fā)現(xiàn)均是通過對誤差來源和大小仔細分析后得來的。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)生對實驗誤差及其分析有初步的了解,不僅可以使學(xué)生對實驗有更深刻的認識,而且可以促進學(xué)生的學(xué)習(xí)思考,以對實驗誤差進行有效的控制,培養(yǎng)基本實驗素養(yǎng)。
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