略谈误差知识在高中物理实验中的作用和应用

2020-04-15童秀平

知识文库 2020年3期

童秀平

本文简单阐述了高中阶段的误差理论，将误差理论以及不确定度做了区分。从实验的方案设定以及实验操作等方面，分析高中物理实验中，误差知识的作用以及应用。误差知识是在实验教学中重要组成部分，对于物理实驗课来说，误差知识在其中的应用，直接关系到实验教学的效果。希望本文的研究对物理实验课的开展是有促进作用的。

1 前言

在高中的物理实验课上，一个非常重要的环节是实验数据处理，而数据处理需要有误差理论的指导，但是系统的误差理论对高中生来说是比较抽象化的一个概念，高中阶段对误差理论展开教学是有一定难度的，而且在实际的实验授课中，教师对误差展开分析是容易与现实脱节的，这样高中生对一些概念就会出现理解不足的问题，但是在物理实验课上，误差知识的重要性是不可忽视的，误差分析可以对实验展开误差纠正，对提升高中生的物理能力是有重要意义的。

2 误差理论与不确定度的关系

误差理论要想在物理实验课上展开应用，就要对误差以及不确定度两个重要的概念进行区分。误差可以被确定，是因为在受到测量精度限制的情况下，任何的测量方式都是有一定的不确定性，会出现误差范围，这其实是程度值。不确定度则是要经过计算，是估算值。误差理论多强调的是得到误差值，不确定度则是误差的离散分布。误差的存在是有一定客观性的，不确定度，则是要经过计算和分析，受到人为的影响，实验分析以及计算处理。对分散性会有一定的影响，所以不确定度并不能代表误差大小。

二者的归属是有明显区别的，又有着一定的内在联系，是因为误差的客观存在，让不确定度这个概念出现，这样误差从一个客观的存在，成为了可以进行人为估算的评价体系，不确定度成为人们对误差进行评价的一种方式，借助不确定度的分析，可以对误差的来源、性质以及种类进行确定，从而对实验的条件以及过程进行改善。借助不确定性对误差展开分析，也是借助误差对不确定度进行指导。

3 误差知识在高中物理实验中的应用

3.1 运用误差理论判定实验结果

在物理实验课上，误差有系统误差以及偶然误差的区别，因为各方面原因的限制，无误差成为一个理想中的实验效果，现实中是无法完全消除误差的，测量的结果多少会有误差，这是客观存在的。在对数据进行处理的时候，对于已经了解到的系统误差，要采用合理的手段，对误差进行消除或者缩小，若是条件无法实现，误差无法进行纠正以及消除，误差分析就需要确定结果的可靠性。若是数据结果超过了范围，就需要对计算的方法展开检查，并对实验操作展开评判，借助误差理论，可以对实验结果进行分析，从而确定出误差的大小，将其中的主次关系分清楚。最终可以确定一个物理实验的结果范围。若是对误差分析忽视，知识简单进行操作分析，这样的实验结果处理是不严谨的。在物理实验课上误差的存在是很广泛的，要想让误差减小，就要对误差的成因展开分析以及评判，找到物理实验课的主要矛盾以及次要矛盾，然后逐渐进行解决。并注重对实验的步骤进行判断。不要自行改动，让误差的来源混乱。

3.2 借助误差理论配置实验方案以及设备

在物理实验课上，误差可以帮助进行实验方案的配置。比如验证完全弹性碰撞以及非完全弹性碰撞，系统总动量是否守恒。若是不计较摩擦阻力，导轨就需要完全水平，但是以人类现阶段的技术水平，完全水平是无法做到的，导致摩擦力也是无法完全消除，在物理实验课上误差是客观存在的，若是对重力以及摩擦力进行消除，就需要进行人为的假设，在实验中导轨进行适当的倾斜，这样可以做到，在物理实验课上，要对细节进行调节，保证误差处于限定的范围，要对实验误差进行分配，保证误差处于可控，导轨调节足够合适，两个滑块就会更加接近匀速运动。因此借助误差的理论，在物理实验课上可以对实验的方案进行科学配置，对其中的设备进行适当的改进，有助于得到更加准确的实验结果，也需要一定的基础知识，以及对实验原理深入了解。

3.3 偶然误差和系统误差的应用

在物理实验课上多次测量计算平均值，这是最常用的减少偶然误差的一种方法。但是这样的方法还是有一定的不全面性，偶然误差最主要的影响因素，还是实验误差。但是实验误差并不是容易察觉到的一些系统误差，结合实验的结果以及方法，可以知道偶然误差并不具备主导的作用，偶然误差若是成为主导的因素，是因为方法单一等一些不符合实验规律的问题，或者是实验的条件并不符合相关规则，但是很多的物理实验课上，只能进行一次测量，无法实现多次的测量，这样就无法用常规的方法来对误差进行减少，仪器允许的误差就需要进行控制，这是对误差进行控制的一种手段。那么在物理实验课上，关于系统误差，其实是可以进行察觉以及控制的，偶然误差则是有更多的不确定性，就要注重对细节上的调整。