試論誤差知識(shí)在高中物理實(shí)驗(yàn)中的作用和應(yīng)用

徐靜雨 湖北省孝感市生物工程學(xué)校 湖北孝感 432000

前言：如何將實(shí)驗(yàn)課上好，這是所有物理教師必須面對(duì)的一個(gè)重要問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)期間，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案加以科學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器加以科學(xué)配置，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以科學(xué)分析十分重要。而在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，對(duì)誤差理論進(jìn)行運(yùn)用，除了能夠讓高中生對(duì)系統(tǒng)誤差以及絕對(duì)誤差這些物理方面基礎(chǔ)知識(shí)加以充分理解之外，同時(shí)還能對(duì)實(shí)驗(yàn)精度以及準(zhǔn)確度加以有效區(qū)分，促使高中生實(shí)驗(yàn)分析這一能力不斷提高。因此，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中誤差知識(shí)的作用以及具體運(yùn)用展開探究十分必要。

一、誤差理論在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的作用

將誤差知識(shí)引入的物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，能夠?qū)?shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，通過(guò)引入誤差知識(shí)還能促使高中生的科學(xué)素養(yǎng)得以提高。一般來(lái)說(shuō)，科學(xué)素養(yǎng)當(dāng)中含有科學(xué)知識(shí)、方法、態(tài)度以及精神。而誤差知識(shí)原本就是物理知識(shí)當(dāng)中的一個(gè)部分，高中生對(duì)誤差知識(shí)加以掌握的過(guò)程就是對(duì)科學(xué)知識(shí)進(jìn)行獲取的過(guò)程，而且通過(guò)誤差分析還能培養(yǎng)高中生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真以及實(shí)事求是這種科學(xué)態(tài)度，進(jìn)而促使其用科學(xué)精神進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外，引入誤差知識(shí)還能對(duì)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有教學(xué)體系加以完善，與高校物理實(shí)驗(yàn)具體要求進(jìn)行銜接，進(jìn)而為高中生日后學(xué)習(xí)奠定一定基礎(chǔ)。

二、誤差理論在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用

（一）通過(guò)誤差知識(shí)判定具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)誤差知識(shí)加以運(yùn)用以前，需要先分清不確定度與誤差兩個(gè)概念。其中，不確定度可以得到確定的原因就是因?yàn)槭艿綔y(cè)量精度限制，所有測(cè)量手段全都帶有一定的不確定性，存在一定的誤差范圍。但借助誤差理論能夠?qū)φ`差值加以分析，通過(guò)不確定度可以對(duì)誤差結(jié)果對(duì)應(yīng)的離散分布數(shù)值加以確定。

一般來(lái)說(shuō)，誤差包含偶然誤差和系統(tǒng)誤差。由于存在一些主觀原因與客觀原因，測(cè)量結(jié)果必然會(huì)存在誤差。而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析之時(shí)，針對(duì)系統(tǒng)誤差要進(jìn)行相應(yīng)修改和預(yù)判，這樣才可減小誤差或者消除差，若受到條件影響無(wú)法實(shí)現(xiàn)，難以對(duì)誤差進(jìn)行消除或者糾正，就可通過(guò)誤差知識(shí)來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行判定。假設(shè)超出現(xiàn)有范圍，既要對(duì)當(dāng)前所用的計(jì)算方法加以檢驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行評(píng)判，同時(shí)還需通過(guò)誤差知識(shí)來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)分析，最終對(duì)誤差大小加以確定。這樣可讓所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果處于一個(gè)合理范圍當(dāng)中。

（二）通過(guò)誤差知識(shí)科學(xué)配置實(shí)驗(yàn)儀器與方案

在完全彈性和非彈性碰撞的實(shí)驗(yàn)之中，不考慮摩擦阻力的一個(gè)重要前提是在實(shí)驗(yàn)期間水平放置實(shí)驗(yàn)所用的導(dǎo)軌，但是這僅僅只是一個(gè)假設(shè)，因?yàn)樵诜胖脤?dǎo)軌期間，高中生難以讓其處于一個(gè)絕對(duì)水平的狀態(tài)。由于人類技術(shù)當(dāng)前存在很多限制因素，所以摩擦力乃是客觀存在的，同時(shí)還無(wú)處不在。如果導(dǎo)軌難以處于絕對(duì)水平這一狀態(tài)，此時(shí)必須要考慮到導(dǎo)軌自身的重力因素，如果摩擦力能夠和重力相互抵消，那么假設(shè)可以在此基礎(chǔ)之上得以成立。如果實(shí)驗(yàn)之時(shí)導(dǎo)軌出現(xiàn)稍微傾斜，那么就能夠做到這一點(diǎn)。因此，實(shí)驗(yàn)之前，高中生必須對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行細(xì)致調(diào)節(jié)，保證誤差處于規(guī)定范圍當(dāng)中，并且要對(duì)誤差進(jìn)行分配，以此來(lái)保證誤差具備可控性。如果高中生適當(dāng)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，則可保證兩個(gè)滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從而是使得滑塊通過(guò)時(shí)間保持相當(dāng)[1-3]。此外，實(shí)驗(yàn)期間，還需考慮光電門具有的間距，因?yàn)槿绻g距過(guò)大，通過(guò)動(dòng)量定理進(jìn)行判斷，阻力會(huì)對(duì)時(shí)間造成較大影響，致使動(dòng)量有所增大，從而導(dǎo)致誤差變大。所以，實(shí)驗(yàn)期間，高中生必須要按照具體誤差要求來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行合理選擇，并且對(duì)誤差范圍所占比例進(jìn)行適當(dāng)分配，綜合分析實(shí)驗(yàn)誤差的具體來(lái)源，這樣能夠?qū)?shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)方案加以科學(xué)配置。

（三）通過(guò)誤差知識(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)期間，對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)加以處理屬于核心部分，而在此期間需要對(duì)誤差知識(shí)加以運(yùn)用，以此來(lái)提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度以及精度。

因?yàn)榇嬖谝欢ǖ臏y(cè)量誤差，把誤差可能所處范圍稱之為不確定度。如果不確定度比較小，則說(shuō)明該結(jié)果和被測(cè)量真實(shí)值非常接近。

例如，進(jìn)行金屬的電阻率測(cè)定實(shí)驗(yàn)期間，使用螺旋測(cè)微器來(lái)對(duì)金屬絲直徑加以測(cè)量，具體數(shù)據(jù)如下：

d(mm) 2.923 2.930 2.955 2.954 2.957 2.960 2.915 2.962 2.959 2.961

數(shù)據(jù)處理：

就此可判斷高中生通過(guò)螺旋測(cè)微器進(jìn)行測(cè)量所得直接介于2.931-2.965mm之間。

結(jié)論：總而言之，在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中對(duì)誤差理論加以運(yùn)用有著重要作用，不僅能夠?qū)?shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改善優(yōu)化，同時(shí)還能促使高中生的科學(xué)素養(yǎng)得以提升。由此可見，誤差理論對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)而言十分重要。而且通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，如今在高中階段的物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，通過(guò)誤差知識(shí)可對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定，科學(xué)配置實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)方案，同時(shí)還能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以處理，進(jìn)而提升物理實(shí)驗(yàn)精度以及準(zhǔn)確度，促使高中生實(shí)驗(yàn)分析這一能力有所提升。