高中物理實驗數(shù)據(jù)處理中誤差理論的應用研究

摘要：本文主要分析了誤差理論的應用在高中物理實驗數(shù)據(jù)中的重要性，闡述了誤差理論的具體應用，最后總結了結合誤差理論帶給物理實驗的作用，旨在加強誤差理論在物理實驗數(shù)據(jù)中的應用，促進學生對物理的真正認識和理解。

關鍵詞：高中物理實驗；數(shù)據(jù)處理；誤差理論；應用

一、 誤差理論應用的重要性

首先，高中物理實驗中的實驗現(xiàn)象大多在生活中都有實際意義，是真實存在于現(xiàn)實生活中的，但是仍然必須經(jīng)過一些嚴謹?shù)膶嶒灢拍軌蛲瓿沈炞C。為了確保實驗的正確性，通常會采用大量的數(shù)據(jù)來證明，數(shù)據(jù)的可靠性必須達到一定的標準。然而在實驗過程中，由于一些不確定因素的影響，常常會讓實驗的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，這種誤差通常是不可避免的，但是對于實驗又有一定的影響。為了讓實驗準確性更高，必須在確定實驗原理沒問題的情況下，科學地使用誤差理論的原理，來解決這個問題。在物理實驗中，誤差的存在有其必然性，而實驗者對誤差的分析也是實驗的一個重要環(huán)節(jié)。

其次，誤差理論作為高中考試的必考題目和重點題目，在物理實驗數(shù)據(jù)處理中有著重要作用。誤差理論和實驗數(shù)據(jù)處理屬于考試高頻考點，但是實驗數(shù)據(jù)處理相對而言不容易被忽視，畢竟在課本中它是實實在在存在的理論知識，因此教師對這方面的關注也更多，在平時的授課中強調(diào)的程度也比誤差理論更多。所以誤差理論往往容易被忽略，教師在講解相關理論知識和題目時，對誤差理論知識一筆帶過，學生掌握得也不夠透徹，處于一個似懂非懂的狀態(tài)。因此當實驗過程中出現(xiàn)誤差時，學生容易將誤差歸結到偶然性的誤差和系統(tǒng)的誤差上，沒有深入研究和探索實驗真正存在的問題，對學生學習物理實驗數(shù)據(jù)處理并沒有幫助，甚至會對實驗的過程和結果產(chǎn)生一些消極的影響。另外，高中物理學習階段，學生對誤差的理解停留在“誤差的存在是正常的，不需要對誤差進行研究和計算”，這種思維的結果是學生對于誤差理論沒有進行定量分析，從而將誤差理論和實驗數(shù)據(jù)理論分割開，實際上這二者是緊密聯(lián)系的。

再者，誤差理論實際上包含了許多物理實驗數(shù)據(jù)的處理方法，不僅是對誤差的分析，也有嚴密的法則方便對數(shù)據(jù)進行處理，主要被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。而在考慮和處理問題的方法中，誤差理論也常常被用到，尤其是處理高級數(shù)據(jù)，可見誤差理論與物理實驗數(shù)據(jù)處理有著不可分割的關系，合理、科學地運用誤差理論，能夠在高中物理實驗數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮重要的實質(zhì)作用。

二、 高中物理實驗數(shù)據(jù)處理中誤差理論的具體應用

（一） 力的平行四邊形定則驗證實驗

力的平行四邊形定則驗證實驗，在高中階段是一項重要的基本實驗，在實驗過程中，需要獲得的是：兩個共點分力相同作用效果和實際的測量數(shù)據(jù)的合力，是否和這兩個共點力構建的理論合力符合，兩個共點力應用的原理是平行四邊形定則。這個實驗涉及實驗的測量數(shù)據(jù)和理論值之間的誤差，在合理的誤差范圍內(nèi)，兩者的合力相同，那么印證了平行四邊形的定則。這個實驗需要的材料有木板、橡皮、白紙等，原理是如果兩個作用力F1和F2的作用效果和一個力F的作用效果一樣，那么力F就是F1和F2的合力。實驗過程中，由于誤差的存在，因此F1和F2和合力F很難完全相同。學生實驗過程中，數(shù)值甚至可能相差甚遠，此時教師需要及時引導學生，觀察實驗過程中的小細節(jié)，爭取將誤差降到最低，確保實驗的準確性，完成實驗的驗證過程。

經(jīng)過研究分析，誤差的來源可能有以下三個方面：第一，運用平行四邊形的定則進行作圖時，由于作圖不準確產(chǎn)生的誤差；第二，彈簧測力計沒有調(diào)零；第三，在使用彈簧測力計時，彈簧外殼與紙張的摩擦以及彈簧與外殼的摩擦造成的誤差。

（二） 探究勻變速直線運動的實驗

實驗中，勻變速直線運動涉及測量加速度的方法，加速度是一個極為抽象的概念，如果教師簡單通過理論的教學，學生不能夠?qū)⑵涓拍罾斫獾煤芡笍亍Ｒ虼私處熆梢酝ㄟ^直觀的方式進行實驗教學，如通過打點計時器和紙帶，將加速度轉化為較直觀和可以進行測量的具體數(shù)值。在實驗過程中，教師應該要引導學生在加速度實驗設計中分析誤差，選擇合適的實驗參數(shù)，從而降低誤差。誤差理論的應用在一定程度上能夠培養(yǎng)學生對待實驗嚴謹和細心的態(tài)度。教師在這個過程中，通過誤差理論教學，提高學生分析問題和誤差的能力。在勻變速直線運動實驗中，小車帶著紙帶在軌道上做加速運動，穿過打點計時器會留下一連串的數(shù)據(jù)點。通過逐差法計算出小車運動的加速度

a=Δst2=（s4+s5+s6）-（s1+s2+s3）9T2

T是打點計數(shù)器的周期，為了讓學生的數(shù)據(jù)處理更方便，這里一個周期為五個時間間隔。s1、s2、s3……是紙帶上相鄰的點的距離，學生可以通過測量得出相鄰距離。實驗的誤差主要有兩個部分：第一，測量位移；第二，測量時間。降低紙帶測量的誤差，能夠有效提高小車加速度的準確性。

三、 總結

綜上所述，誤差理論應該廣泛應用于高中物理實驗數(shù)據(jù)處理中，讓實驗的結果和過程更加的合理化、科學化，準確性更高，讓學生徹底明白誤差理論知識的概念，增強學生分析物理實驗數(shù)據(jù)的能力，提高學生的處理數(shù)據(jù)的能力，在以后的相關實驗中也能夠以嚴謹?shù)膽B(tài)度對待物理。

參考文獻：

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作者簡介：

陳震方，江蘇省儀征市陳集中學。endprint