中學生在物理實驗中的誤差理解誤區

王南楠 陳浩

摘 要：誤差分析與數據處理是物理實驗中的一個重要環節，而在中學物理實驗中這部分知識涉及不多，因此中學生對物理實驗中的誤差理論存在一些理解誤區，針對中學生存在的誤區應認真分析。

關鍵詞：誤差；理解；誤區

物理實驗是物理研究和學習的重要方法之一，誤差分析與數據處理是物理實驗中的一個重要環節。大學物理實驗比較重視誤差分析，而中學物理實驗由于相對比較簡單，中學實驗儀器的精確度不高等各種原因，對實驗的誤差分析并不重視。

新的課程標準提出，中學物理實驗的目的是培養學生的基本實驗能力，熟悉和掌握基本測量及基本儀器的正確使用，學會科學探究的方法。參照近幾年全國的高中物理考試大綱，可了解中學物理對學生的考查主要集中在幾個方面：基本儀器的使用，實驗的實際操作，設計型實驗。而實驗數據的處理方法在試題中也逐年體現。因此，在中學物理實驗中重視誤差分析，判斷實驗結果，解決實驗過程中出現的問題等都有積極意義。

中學生對誤差理論理解的誤區有以下幾個方面：

一、不清楚系統誤差與隨機誤差的區別

在實驗中，誤差是不可避免的，實驗中的測量誤差主要來自偶然誤差和系統誤差。對偶然誤差是有一套較嚴謹的理論和方法的，但系統誤差卻沒有很固定的理論和方法，往往要根據具體情況進行分析處理，能否處理得好，在很大程度上取決于實驗者的學識和經驗，初學者則不易掌握。系統誤差具有確定性，在相同條件下，多次測量同一物理量時，系統誤差的絕對值和符號保持恒定；條件改變時，系統誤差也按確定的規律變化，影響系統誤差的條件一經確定，誤差也隨之確定。偶然誤差具有隨機性，在相同條件下，多次測量同一物理量時，誤差的絕對值和符號以不可預定的方式變化，即某個誤差的出現是隨機的，但就總體而言明顯遵從統計規律，一般呈現正態分布。

二、對多次測量求平均值減小誤差的錯誤理解

測量實驗數據時必然會出現隨機誤差，為了減小誤差往往采取多次測量求平均值的做法。但大多數作為初學者的中學生在實驗后進行數據處理時卻不是對最終待求物理量求平均值，而是直接對測量物理量求平均值，這種錯誤的出現也是因為對誤差理論的不理解。

例如，在用紙帶測加速度的實驗中，時間間隔為T，測得物體在連續6個T內所走的位移，記為s1至s6，加速度的計算公式為a=。中學生在處理實驗數據時經常忽略最終結果是對三組加速度值求平均值，而是將分母寫成3，這也是由于在教學中忽視誤差分析理論所致。

三、不了解某些實驗中的誤差來源

多數中學物理實驗都設置了一些限定條件，如用單擺法測重力加速度時，擺角不能超過5°，擺線力求柔軟細長，在空氣中做此實驗時，擺球的密度要盡量選擇大些的；如在測摩擦力和機械效率等實驗中，要勻速拉彈簧秤；如做平拋物體運動的實驗時，平拋物的速度應當大些，下落的時間要長些。中學生在實驗學習中能準確地熟記這些條件，但卻因并不清楚這些條件的設定是為了減少誤差，而在實驗過程中忽視這些實驗條件導致實驗數據不夠準確。學生若對誤差理論有一定的理解基礎，就能夠將之運用于實驗中，得到更好的實驗效果。

中學生在誤差理論知識上存在的弱點，會影響其對物理實驗結果的分析，因此教師要幫助學生掌握這部分知識，要把誤差分析貫徹到整個物理實驗過程中，并在各項實驗中具體貫徹，加強對學生在這方面能力的訓練和培養。

在實驗課的具體教學過程中，教師可從實驗的主要思想方法處指導學生理解誤差理論，如利用累積法減小測量誤差，利用控制變量法避免一些誤差，還可利用留跡法把瞬息即逝的現象記錄下來，以便在實驗后能準確測量、比較從而減小誤差等。同時重視實驗數據的處理，使學生在學習利用算平均值、列表、作圖等方法處理實驗數據的過程中深入理解誤差分析理論。

物理實驗中關于誤差分析和數據處理是物理教學中的一項重要內容，每個實驗都有不同的內容和特點，教師應引導學生學會領會誤差分析的思想，培養學生對實驗中各種誤差的分析、判斷和控制能力，提高學生的實驗技能和科學素養。

參考文獻：

李曉芬.中學物理實驗的誤差問題淺析.教學與管理，2010（7）.

（作者單位 華南師范大學）