(物理实验误差的分析与控制策略)(精品)

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1、物理实验误差的分析与控制策略南京市中华中学(210006)王高物理实验离不开对物理量进行测量。由于测量仪器、实验条件、测量方法以及人为因索的局限，测量是不可能无限精确的，测量结果与客观存在的真值之间总有一定的差开，也就是说总是存在着测虽误差。测屋误差的大小反映我们的认识与客观真实的接近程度。虽然实验屮的谋羌是不可避免的，但课旁是应该且可以尽最减小。通过对实验结果的谋差分析与控制，有助于对学牛进行严密的科学思维和能力的训练，提高他们的实验素养。一、大和小——实验误差的分析谋差是客观存在的，但课差有人与小之别，我们只有知道课

2、差的产生、变人或减小的原因，才能在实验中尽可能的减小误差。从误差产生的来源看，误差可分系统误差和偶然误差。系统误差偶然误差主要来源(1)实验原理不完善(2)实验仪器不精确(3)实验方法粗略由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的基本特点对测量结果的影响具有相同的倾1«J性，即总是偏小或总是偏大实验结果有时偏大，有时偏小，并且偏人和偏小的概率相同减小方法完善实验原理，提高实验仪器的准确程度，设计更科学的实验方法多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值对误差的分析首先应分清是系统误差还是偶然误差，系统误差对多次测量

3、值的影响可能是相同的，偶然误差对多次测量值的影响是不同的。从分析数据的观点看，误差分为绝对误差和相对误差。绝对误差是测量值与真实值Z差的绝对值。在直接用仪器测量某一物理量时，提鬲测量仪器的粕度是减小绝对误差的主要方法。Ar相对误差等于绝対误差心与真实值心之比，一般用百分数表示，7=—xlOO%,它反映了实验结果的准确程度。绝对误差只能判别一个测量结來的梢确度，比较两个测量值的准确度则必须用相对误差。案例1弹簧测力计测量时的误差分析1.系统误差首先，从测力计的设计上看，在制作刻度时，都是按向上拉设计的，此时弹簧受口重而伸长

4、。因此向上拉使用时，弹簧的自重对测量没有彫响，此时课差最小。当我们水平使用时,弹费的占身重力竖直向下，而弹费水平放査。此时弹簧白重不会使弹簧长度发生变化。与竖直向上使用对比，弹簧长度略愆，指针没有指在零刻度线上。这时，使用误差增大，测量值略小于真实值(但由于变化不大可以忽略不计)。当我们竖直向下用力使川时，弹簧由于自身重力影响而使弹簧变短，与竖直向上使用相比指针偏离零刻度底线较远，这时使用误差较大,测量值比真实值小得多。我们在使用时必须进行零点矫正.其次，测力计本身的精确度也带來了仪器误差，测力计的技术性能显示：最小分度

5、值是0」N,零点示羌不人于四分之一分度，任一点的平均示羌不人于二分之一分度，任一点的垂复测量的最大示差不大于四分Z—分度。1.偶然误差弹簧测力计测量读数吋，经常出现有时读数偏大，有时读数又可能偏小，每次的读数一般不等，这就是测量中存在着偶然谋差。案例2伏安法测定电阻的课差分析伏安法测定电阻的原理是R=y，测量需要的仪表是电流表和电压表，测量的误差主要由以下三方面形成.1.电表的仪器误差中学实验中最常用的电流表、电压表的准确度为2.5级，最大绝对误差不超过满刻度的2.5%,如电流表刻度盘上刻度总格数为30格.若取0-0.6

6、A®程挡测电流，分度值为空=0.30302A,该表的仪器误差为0.6AX2.5%=0.015A；若取0—3VM程挡测电压，分度值为一二0.301V,该表的仪器误差为3VX2.5%=0.075V.2.测量方法带来的误差由于测量所需的电表实际上是非理想的，所以在测量未知电阻两端电压〃和通过的电流/时，必然存在误差，要在实际测量中冇效地减少这种由于伏安法所引起的系统误差，必须做到：⑴若X，一般选择电流表内接法•如图I<3)所示•由于该电路中,电压表的读数U表示被测电阻与电流表串联示的总电压，电流表的读数I表示通过R、的电流,所

7、测电阻R测=罟=4+氐>陽,相对误差"=吩⑵喷令一般选择电流表外接法.如图1(b)所示.由于该电路屮电压表的读数U表示两端电压，电流表的读数/表示通过与Ry并联电路的总电流，所测电阻船5,相对误差(a)(b)77R测_RxRRy+Rx1.读数误差若用0—0.6A最程扌当测电流,如果能估读分度值枷O读数误差为0.02AX茶。.002A。比较读数课差和仪器谋差，读数时，确定其最末有效数位的基本原则是读到仪器最大绝对误差出现的首位，若测量吋指针所指的位置如图2所示，测量结果应表示为/=0.42A.可见读数误差可以忽略。在测量

8、读数中不必估读，不影Q响测量结果的正确表示。和反，如果将接读取的值().42()A作为测虽的结果，则多写了一位冇效数字，夸大了测虽的精度，用这样的电表测电流，读数可以不估读或只估读一分度值的l/2o仪器误羌是主要因素。二、增与减•测J量误差的控制在对谋差进行分析研究确定其产生来源和所属类型后，可采用适当的方法对系统谋