一道无系统误差实验试题赏析

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1、一道无系统误差实验试题赏析“探究牛顿第二定律实验”中，将砂桶和砂的重力大小视为拉小车的力，要保证小车的质量远大于砂桶和其内砂的总质量，只有Mm.这时T^mg.这个实验的系统误差是无法用多次测量取平均值来消除.笔者做题过程中发现一道质检试题，设计之巧妙可有效地消除系统误差，现列举于下，供同行参考.1•情景再现，为什么要保证“M远大于in”？如图1所示•平衡摩擦力后,一端垫高的倾斜面上有一质量为M的小车，通过轻绳与质量为m的物体相连接.因为“验证牛顿第二定律实验”中，将砂桶及其内砂的重力大小视为拉小车的力.所以要保证小车的质量远大于砂桶和其内砂的总质量.2.经典例题赏析一一匀速铺垫

2、，等效补偿（“拆东墙补西墙”）例题（2010年福建省质量检查）某实验小组在"探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图2所示.已知小车质量M=214.6g,祛码盘质量m0=7.5g,所使用的打点计时器交流电频率f=50Hz.实验步骤：A.按图中所示安装好实验装置A.调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动B.取下细绳和袪码盘，记下袪码盘中袪码的质量mC.先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；D.重新挂上细绳和袪码盘，改变磋码盘中袪码质量，重复B〜D步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度，见表1.（1

3、）按上述方案做实验,是否要求硅码和硅码盘的总质量远小于小车的质量？（填“是”或“否”）.（2）实验中打出的一条纸带如图3所示.由该纸带可求得小车的加速度a=m/s2・（3）某同学将有关数据填入他所设计的表格中，并根据表中的数据画出a-F图象（如图4）.造成图线不过坐标原点的最主要原因是从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是，其大小是.答案（1）否(2)0.77（3）计算小车所受的合外力时未计入袪码盘的重力（只要涉及'‘未考虑袪码盘的因素”也可）硅码盘的重力为0.075N（0.07N〜0.08N均可）解析(1)调节长木板的倾角，使小车能沿长木板向下做匀速运动，这时有Mgsin

4、0=f+(mO+m)g.①取下细绳和袪码盘，再放开小车，有Ma=Mgsin0-f②联立①②可得Ma=(mO+m)g.所以袪码和袪码盘的总质量不必远小于小车的质量.(2)a二s2-slt2二7.54-6.77X10-20.01m/s2=0.77m/s2.(3)由图象可知，小车所受合外力偏小，计算小车所受的合外力时未计入袪码盘的重力法一：用补偿的思想，从图线与横轴交点为0.8N,可知袪码盘的重力为0.8N.法二：用计算的方法，由公式a=mgM+mOgM,可得mOg=O.35X0.2146N~0・075N.试题点评本题实验设计非常巧妙，先让系统做匀速运动,袪码盘受拉力和重力处于平衡状

5、态，T=(m+mO)g分析小车受力分析得Mgsin0=f+(m+mO)g.取下绳子后小车所受合外力F=Mgsin0-f=(m+mO)g.恰好是袪码盘的总重力，这样就彻底消除了实验的系统的误差•实验采用前后两个情景来转换，并吸收了补偿法的思想，成功绕过了传统实验中的系统误差，足以见证命题者的精心.总结探究牛顿第二定律实验的系统误差来自小车加速下滑，合外力不是磋码盘的重力，上题中，实验的设计是先让系统匀速运动，绳子的拉力与祛码盘的重力相等•然后再取下袪码盘,则少掉的恰恰就是绳子的拉力,即硅码盘的重力•这种“拆东墙补西墙”的方法实在让人叫绝.当然如果我们平时不注意总结这类规律，学生碰

6、到此类情景的习题时势必吃亏•我们应该在实验教学的过程中，把设计思想传递给学生，不但可以开阔学生的思维，而且能提高学生的实验能力.