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誤差分析在中學物理教學中的運用論文

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中學物理教學中的定量測量實驗中,學生雖然通過實驗獲得了結果,但其結果不一定是符合要求的,教師要能清楚解釋類似的諸多問題,就需要對實驗誤差進行分析.中學物理教師在教學中進行誤差分析,能使教師“不但知其然,而且知其所以然”,這也正是“要給學生一碗水,教師至少要有一桶水”的真實而具體的體現,進行誤差分析是教師從理論的高度指導實踐,而使中學物理實驗教學獲得成功的關鍵,也有利於培養學生分析和解決實際問題的能力.因此物理教師應該重視誤差分析在中學物理教學中的運用。

誤差分析在中學物理教學中的運用論文

測量結果與被測物件客觀存在的真實值之間的差異叫做誤差,誤差有偶然誤差和系統誤差之分.

在相同條件下的多次測量中,所得資料一般不盡相同,這表明每個測量值總會偏離被測物件的真實值,即測量總會產生誤差,而且這種偏離不能預知是偏大還是偏小,也就是說這種偏離具有偶然性,這種由於偶然因素造成的誤差叫偶然誤差.例如,在實驗中,不同實驗者的估讀能力不同等原因都會造成偶然誤差,如果多次測量所得的資料都(或大部分)比真實值偏大或偏小,即誤差的大小和符號基本不變,這種誤差叫系統誤差,系統誤差與所選用的儀器不夠準確.實驗原理不夠完善等因素都有關係,它是中學物理實驗中遍佈而廣泛存在的一類誤差,

誤差分析主要包括以下內容:分析誤差的來源,分析減小和消除誤差的方法,分析誤差的大小等,

一、通過誤差分析,找出實驗失敗的原因和解決問題的方法

中學物理教材中,大部分實驗不需要進行理論計算,但必須能成功地驗證物理現象,能幫助建立物理概念和規律.實際教學中,雖然正確操作,但是實驗不成功的情況時有發生,要追究其原因,就要對實驗系統誤差進行分析.而實驗原理不夠完善又是造成系統誤差而使實驗失敗的主要原因,王力幫教授說:“廣義地講,所謂實驗原理就是實驗方法,實驗的裝置和器材,實驗過程等所依據的物理道理.” 值最大端.本實驗中,當電壓表示值在2,00~3.00伏範圍內(滿量程的2/3以上)

可見,即使選擇小量程實驗,電錶內阻對實驗結果產生的相對誤差也非常小,可以略去不計,我們可以只考慮量程不同產生的系統誤差來合理選擇儀器.

綜合上述分析結果表明:選擇大量程實驗,測量結果是相當粗略的,其相對誤差非常大,選擇小量程實驗是合適的.

2.分析偶然誤差,合理選擇實驗儀器

在本文下一問題的`討論中我們將看到,在測量固體密度實驗時,通過對偶然誤差的分析發現,如果確定選用中學常用的精度為1cm3的量筒測物體體積,那麼,配置托盤天平(不需要物理天平)就能滿足實驗要求.限於篇幅,此處不作詳細分析,通過誤差分析,選擇恰當的測量儀器進行物理實驗,是中學物理實驗教學的重要方面,中學物理教師應該引起足夠的重視.

三、通過誤差分析,找出提高實驗結果準確度的有效辦法

雖然對中學生實驗測量結果的準確度要求不是很高,但教師必須有意識能讓學生測出較準確的結果,並適當引導學生分析如何才能測出準確結果,這對培養學生的實驗素質是有積極意義的.

如果測量值與被測量真實值的差值越小(即誤差越小),測量結果的準確度就越高,系統誤差和偶然誤差都會影響測量結果的準確度,由此可見,進行誤差分析,尋求實驗最佳條件,可以減小誤差,提高實驗結果的準確度.

例3用感量為0.2克的天平和精密度(最小分度)為1鋤?的量筒測鋁柱體的密度.若測得m-(57.3±0.2)g(估計讀數的偶然誤差為0.2g),V=V2-I/i=(21.0+0.5)cm(vl為量筒中原來水的體積,V2為浸入鋁柱體後水的體積,估計讀數的偶然誤差為精度的一半,即0.5cm)

該實驗中“天平、量筒測量時產生的誤差主要是偶然誤差,而系統誤差可略去不計”,這也可用下述實驗加以驗證:量筒內先盛水,倒入另外的容器內,再用量筒量盛水後,將先倒入容器內的水加入量筒內水中,依此進行,發現每次水的體積分別為20cm、30cm……,即量筒自身的固定系統誤差非常小.故此實驗中主要分析偶然誤差對實驗結果的影響,物體的密度為:

p-7n/V;57.3/21.0-2.73g/cm3

根據誤差理論,被測柱體的質量和體積的最大相對誤差分別為:

8m;Am.2/57.3卸.003=0.3%

8V=2AW(V2-Vl)=2x0.5/21.0=0.048=4.8%

根據間接測量的誤差傳遞公式,密度值的最大相對誤差為:

8p=8m+8v.05-5%

這一誤差來源主要是體積的測量.怎樣減小這一誤差呢?

我做了如下試驗,讓六位同學在互不知道他人資料的條件下讀量筒內水的體積,當水的體積在3—3之間時,三位同學的讀數分別是28.2cm3,28.3cm3,27.9cm3;當我將水的體積調整在時,三位同學的讀數驚人地相同為說明讀量筒整刻度上水的體積,其讀數誤差較小.

故實驗中,如果在浸入柱體前,仔細把水的體積調整在量筒某一整刻度,其讀數誤差就能大大降低,可略去不計(即認為此時不產生讀數的偶然誤差).這樣,測量體積的最大相對誤差可近似由2xAV/(V2-Vl)降低至AV/(V2-Vl),密度測量值的相對誤差可以由5%降低至2.5%.再從AV/(V2-Vl)項^還可看出,如果選長圓柱體實驗,可以增大(V2-vl),減小AV/(V2-Vl)項,再提高測量結果的準確度.

通過誤差分析,找出產生誤差的主要因素,並’設法減小該項誤差,可使實驗達到最優化的效果.這對中學物理實驗有普遍的指導意義,使用刻度尺測長度時使零刻度對齊被測物體的一端,指零儀器使用前調零等,都能提高測量結果的準確度.

四、通過誤差分析,判斷學生實驗結果

教學中,如果教師不通過誤差分析來確定誤差範圍,從而判斷學生實驗結果的對錯與優劣,那麼,也許學生因操作錯誤獲得了錯誤結果,但老師卻全然不知,試想這樣的教學,質量何在?這就告誡我們,即使是中學物理實驗,教師也要先根據正確的操作、記錄與資料處理,計算出實驗結果的誤差,確定實驗結果的合理區間範圍,進而對學生實驗結果的可靠性,合理程度進行分析與評價,判斷學生實驗操作的正確與否.

例4在上文密度測量的例析中,已求得鋁柱體密度為p=2.73g/cm3,由最大相對誤差5%求得最大絕大誤差:

則可判斷學生測量結果應在(2.59g/cm3—2.87g/cm3)範圍內才能認為是符合要求的.

總之,中學物理實驗儘管比較簡單,但在教學過程中有必要進行誤差分析。在中學物理實際教學中,誤差分析的運用有極其豐富的內容和重要的意義,它能優化實驗教學,能使實驗教學更有科學性,也有利於提高學生的實驗素質,為他們的後繼學習奠定基礎,是值得每一位中學物理教師認真研究的課題