• 从实验误差分析谈实验操作方法
  • 2009-6-26 浏览() 【
  • 普通高中物理实验内容标准中指出:能根据实验要求合理选择并安装实验器材,正确进行实验操作,能排除实验中的一般故障。现就高中力学实验误差分析谈操作方法。 

        一、长度的测量

        1、误差分析:
        用刻度尺测量物体长度的误差:
        ①对小于1mm的部分长度估读不准确;
        ②刻度线未与被测长度平行;
        ③刻度尺的起点(可以不是“0”刻度线)与被测长度的起点未对齐;
        ④视线未与刻度尺垂直等。

        2、操作方法:

        (1)用刻度尺测量
     
         ①测量时米尺的刻度线要紧贴待测物体,以减小视差;
         ②使用前注意观察刻度尺的量程和最小刻度值;
         ③测量起点不一定选在“0”刻度线,应使操作尽量简便;
         ④读数时视线要与尺面垂直;测量精度要求较高时,要进行重复测量,然后取平均值;
         ⑤毫米以下的数值靠目测估读一位,估计值至少是最小刻度的1/10。
     
        (2)使用游标卡尺测量

         ①在看游标尺上的哪条刻线与主尺上的某条刻线重合时,要选一条重合得最好的来读数;
         ②在看是游标尺上第几条刻条与主尺刻线重合时,不包括游标尺的零刻度在内;
         ③在读数前,先拧紧紧固螺钉,以免游标尺移动影响读数;
         ④精确度为0.1mm,0.05mm和0.02mm的游标卡尺的读数,以mm为单位时,读数保留到小数点后第1位、第2位和第3位。

        二、验证力的平行四边形定则

        1、误差分析

        ①用描点法记录的拉力方向不够准确;
        ②所作平行四边形的对边不严格平行;
        ③拉橡皮条时,没有做到橡皮条及两细绳套平行于方木板,使在纸上所描下的拉力方向并不是拉力的真实方向;
        ④没有校准弹簧秤的零点,两只弹簧秤的刻度不准确;⑤弹簧的拉杆与限位孔有磨擦,使弹簧读数并不能真正表示细绳中拉力的大小。
     
        2、操作方法

        ①不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳再连两细绳套,以三绳交点为结点,使结点小些,便于准确地记录结点O的位置。
        ②不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条,要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。
        ③弹簧秤在使用前应将其水平放置,然后检查、校正零点。将两弹簧秤互相钩着水平拉伸,选择两只读数完全一致的弹簧秤使用。
        ④在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点O的位置一定要重合。
        ⑤用两只弹簧秤钩住绳套互成角度地拉像皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,以60°-100°之间为宜。
        ⑥读数时应注意使弹簧秤与木板平行,并使细绳套与弹簧秤的轴线在同一条直线上。避免弹簧秤的外壳、弹簧秤的限位卡之间有摩托。读数时眼睛要正视弹簧秤的刻度,在合力不超出量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些。
        ⑦细绳套应适当长一些,便于确定力的方向,不要直接沿细绳套的方向画直线,应在细绳套末端用铅笔画一个点,取掉细绳套后,再将所标点与O点连直线确定力的方向。
        ⑧在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图示稍大一些。 

        三、探究弹力与弹簧伸长的关系

        1、误差分析 

        本实验的误差主要来自以下两个方面:
        ①弹簧的长度测量不精确。
        ②描点、画图不精确。

        2、操作方法

        ①安装时,要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。
        ②实验时,要尽量选择长度较大、匝数较多,但软硬程度(颈度系数)适中的弹簧,以每挂一个钩码(20g),弹簧伸长量增大1-2cm为宜。
        ③读取弹簧下端所对应刻度时,要用三角板,并且视线垂直于刻度,力求读数准确,等钩码静止时,再读数。
        ④实验中悬挂钩码时注意不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度。
        ⑤要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。
        ⑥建坐标系时,要选择合适标度,以使所画曲线占据整个坐标纸。
        ⑦画图纸时,不一定要让所有各点都正好在曲线上,但应注意使曲线两侧的点大致相同,偏离太远的点要舍弃。

        四、研究匀变速直线运动

        1、误差分析

        本实验参与计算的量有s和T,因此误差来源于s和T。
        ①由于相邻两计数点之间的距离s测量不够精确。
        ②市电的频率不稳定使T不稳定。

        2、操作方法

        ①要在钩码(或砂桶)落地处放上软垫或砂箱,防止撞坏钩码。
        ②要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料挡板,防止撞坏小车。
        ③小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小能在约50cm的纸带上清楚地取出7-8个小计数点为宜。
        ④纸带运动时尽量不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。
        ⑤要先接通电源,待打点计时器工作稳定后,再放开小车;放开小车时,小车要靠近打点计时器,以充分利用纸带的长度。
        ⑥不要分段测量各段位移,应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点O之间的距离),读数时应估读到毫米的下一位。

        五、研究平抛物体的运动

        1、误差分析

        ①安装斜槽时,其末端切线不平而产生误差。
        ②建立坐标系时,以斜槽末端端口位置为坐标原点,实际上应是末端端口上的小球球心位置为坐标原点。
        ③竖直轴(y轴)画得不准确。
        ④描出轨迹上的各点时,由于目测不准,而使描点不准确。
        ⑤数据测量时,测量不准确。

        2、操作方法

        ①斜槽末端切线必须水平。
        ②每次从同一位置无初速释放小球,以使小球每一次抛出后轨迹相同,每次描出的点在同一条轨迹上。
        ③安装实验装置时,要注意使轨道末端与图板相靠近,并保持它们的相对位置不变。
        ④要用重垂线把图纸校准到竖直方向,使小球运动轨迹所在竖直平面靠近图板,又不接触图板。
        ⑤坐标原点不是槽口末端点,应是球在槽口时,球心在图板上的水平投影点。
        ⑥球的释放高度要适当,使其轨迹不致太平也不致于太竖直。
        ⑦计算初速度时,应选离抛出点远些的点。

        六、验证机械能守恒定律

        1、误差分析

        ①重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量mν2稍小于重力势能的减少量mgh,这是不可避免的,这属于系统误差。
        ②长度的测量,属偶然误差。
        2、操作方法
        ①铁架台应竖直安装,可使纸带所受阻力减小。
        ②应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体积,可使空气阻力减小。
        ③应先打开电源让打点计时器开始打点稳定后,再放开纸带让重物下落。
        ④选取纸带点迹清晰,所打点呈一条直线。第1和第2两打点间距离接近2mm。

        七、验证动量守恒定律

        1、误差分析

        实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰,因此“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。实验中两球球心高度不在同一水平面上,给实验带来误差。每次静止释放入射小球的释放点越高,两球相碰时内力越大,动量守恒的误差越小,应进行多次碰撞,落点取平均位置来确定,以减小偶然误差。
        2、操作方法

        ①斜槽末端的切线必须水平。
        ②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。
        ③入射球质量应大于被碰球的质量。
        ④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。

        八、用单摆测定重力加速度

        1、误差分析

        ①本实验系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求,即:悬点是否固定,是单摆还是复摆,球、线是否符合要求,振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内振动以及测量哪段长度作为摆长等等。
        ②本实验偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量上。因此,要从摆球通过平衡位置开始计时,并采用倒计时计数的方法,不能多记振动次数。

        2、操作方法

        ①要从摆球过平衡位置时开始计时。
        ②要测多次全振动的时间来计算周期。如在摆球过平衡位置时启动秒表,同时数零,以后摆球每过一次平衡位置记一个数。最后秒表计时为t秒,记数为n,则周期T==秒。
        ③构成单摆的条件:细线的质量要小,弹性要小,球要选用体积小、密度大的小球,摆角不能超过10°。
        ④要使摆球从同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是由静止释放摆球。
        ⑤摆长是悬点到球心的距离。摆线上端要打结固定好,以免摆动过程中摆长发生变化。
        ⑥秒表读数时,不需要估读,因为秒表的指针只会停在某一s刻度线上,不会停在两个s刻度线之间。
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