從實驗誤差分析談實驗操作方法

　　普通高中物理實驗內容標準中指出：能根據實驗要求合理選擇並安裝實驗器材，正確進行實驗操作，能排除實驗中的一般故障。現就高中力學實驗誤差分析談操作方法。

　　一、長度的測量

　　1、誤差分析：

　　用刻度尺測量物體長度的誤差：

　　①對小於1mm的部分長度估讀不準確;

　　②刻度線未與被測長度平行;

　　③刻度尺的起點***可以不是“0”刻度線***與被測長度的起點未對齊;

　　④視線未與刻度尺垂直等。

　　2、操作方法：

　　***1***用刻度尺測量

　　①測量時米尺的刻度線要緊貼待測物體，以減小視差;

　　②使用前注意觀察刻度尺的量程和最小刻度值;

　　③測量起點不一定選在“0”刻度線，應使操作儘量簡便;

　　④讀數時視線要與尺面垂直;測量精度要求較高時，要進行重複測量，然後取平均值;

　　⑤毫米以下的數值靠目測估讀一位，估計值至少是最小刻度的1/10。

　　***2***使用遊標卡尺測量

　　①在看遊標尺上的哪條刻線與主尺上的某條刻線重合時，要選一條重合得最好的來讀數;

　　②在看是遊標尺上第幾條刻條與主尺刻線重合時，不包括遊標尺的零刻度在內;

　　③在讀數前，先擰緊緊固螺釘，以免遊標尺移動影響讀數;

　　④精確度為0.1mm，0.05mm和0.02mm的遊標卡尺的讀數，以mm為單位時，讀數保留到小數點後第1位、第2位和第3位。

　　二、驗證力的平行四邊形定則

　　1、誤差分析

　　①用描點法記錄的拉力方向不夠準確;

　　②所作平行四邊形的對邊不嚴格平行;

　　③拉橡皮條時，沒有做到橡皮條及兩細繩套平行於方木板，使在紙上所描下的拉力方向並不是拉力的真實方向;

　　④沒有校準彈簧秤的零點，兩隻彈簧秤的刻度不準確;⑤彈簧的拉桿與限位孔有磨擦，使彈簧讀數並不能真正表示細繩中拉力的大小。

　　2、操作方法

　　①不要直接以橡皮條端點為結點，可拴一短細繩再連兩細繩套，以三繩交點為結點，使結點小些，便於準確地記錄結點O的位置。

　　②不要用老化的橡皮條，檢查方法是用一個彈簧秤拉橡皮條，要反覆做幾次使橡皮條拉伸到相同的長度看彈簧秤讀數有無變化。

　　③彈簧秤在使用前應將其水平放置，然後檢查、校正零點。將兩彈簧秤互相鉤著水平拉伸，選擇兩隻讀數完全一致的彈簧秤使用。

　　④在同一次實驗中，使橡皮條拉長時結點O的位置一定要重合。

　　⑤用兩隻彈簧秤鉤住繩套互成角度地拉像皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，以60°-100°之間為宜。

　　⑥讀數時應注意使彈簧秤與木板平行，並使細繩套與彈簧秤的軸線在同一條直線上。避免彈簧秤的外殼、彈簧秤的限位卡之間有摩托。讀數時眼睛要正視彈簧秤的刻度，在合力不超出量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數值儘量大些。

　　⑦細繩套應適當長一些，便於確定力的方向，不要直接沿細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點，取掉細繩套後，再將所標點與O點連直線確定力的方向。

　　⑧在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，並且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些。

　　三、探究彈力與彈簧伸長的關係

　　1、誤差分析

　　本實驗的誤差主要來自以下兩個方面：

　　①彈簧的長度測量不精確。

　　②描點、畫圖不精確。

　　2、操作方法

　　①安裝時，要保持刻度尺豎直並靠近彈簧。

　　②實驗時，要儘量選擇長度較大、匝數較多，但軟硬程度***頸度係數***適中的彈簧，以每掛一個鉤碼***20g***，彈簧伸長量增大1-2cm為宜。

　　③讀取彈簧下端所對應刻度時，要用三角板，並且視線垂直於刻度，力求讀數準確，等鉤碼靜止時，再讀數。

　　④實驗中懸掛鉤碼時注意不要太多，以免彈簧被過分拉伸，超過彈簧的彈性限度。

　　⑤要使用輕質彈簧，且要儘量多測幾組資料。

　　⑥建座標系時，要選擇合適標度，以使所畫曲線佔據整個座標紙。

　　⑦畫圖紙時，不一定要讓所有各點都正好在曲線上，但應注意使曲線兩側的點大致相同，偏離太遠的點要捨棄。

　　四、研究勻變速直線運動

　　1、誤差分析

　　本實驗參與計算的量有s和T，因此誤差來源於s和T。

　　①由於相鄰兩計數點之間的距離s測量不夠精確。

　　②市電的頻率不穩定使T不穩定。

　　2、操作方法

　　①要在鉤碼***或砂桶***落地處放上軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。

　　②要在小車到達滑輪前用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止撞壞小車。

　　③小車的加速度宜適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小能在約50cm的紙帶上清楚地取出7-8個小計數點為宜。

　　④紙帶運動時儘量不要讓紙帶與打點計時器的限位孔摩擦。

　　⑤要先接通電源，待打點計時器工作穩定後，再放開小車;放開小車時，小車要靠近打點計時器，以充分利用紙帶的長度。

　　⑥不要分段測量各段位移，應儘可能地一次測量完畢***可先統一量出各計數點到計數起點O之間的距離***，讀數時應估讀到毫米的下一位。

　　五、研究平拋物體的運動

　　1、誤差分析

　　①安裝斜槽時，其末端切線不平而產生誤差。

　　②建立座標系時，以斜槽末端埠位置為座標原點，實際上應是末端埠上的小球球心位置為座標原點。

　　③豎直軸***y軸***畫得不準確。

　　④描出軌跡上的各點時，由於目測不準，而使描點不準確。

　　⑤資料測量時，測量不準確。

　　2、操作方法

　　①斜槽末端切線必須水平。

　　②每次從同一位置無初速釋放小球，以使小球每一次丟擲後軌跡相同，每次描出的點在同一條軌跡上。

　　③安裝實驗裝置時，要注意使軌道末端與圖板相靠近，並保持它們的相對位置不變。

　　④要用重垂線把圖紙校準到豎直方向，使小球運動軌跡所在豎直平面靠近圖板，又不接觸圖板。

　　⑤座標原點不是槽口末端點，應是球在槽口時，球心在圖板上的水平投影點。

　　⑥球的釋放高度要適當，使其軌跡不致太平也不致於太豎直。

　　⑦計算初速度時，應選離丟擲點遠些的點。

　　六、驗證機械能守恆定律

　　1、誤差分析

　　①重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力***空氣阻力、打點計時器阻力***做功，故動能的增加量mν2稍小於重力勢能的減少量mgh，這是不可避免的，這屬於系統誤差。

　　②長度的測量，屬偶然誤差。

　　2、操作方法

　　①鐵架臺應豎直安裝，可使紙帶所受阻力減小。

　　②應選用質量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。

　　③應先開啟電源讓打點計時器開始打點穩定後，再放開紙帶讓重物下落。

　　④選取紙帶點跡清晰，所打點呈一條直線。第1和第2兩打點間距離接近2mm。

　　七、驗證動量守恆定律

　　1、誤差分析

　　實驗所研究的過程是兩個不同質量的金屬球發生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中應儘量予以滿足的前提條件。實驗中兩球球心高度不在同一水平面上，給實驗帶來誤差。每次靜止釋放入射小球的釋放點越高，兩球相碰時內力越大，動量守恆的誤差越小，應進行多次碰撞，落點取平均位置來確定，以減小偶然誤差。

　　2、操作方法

　　①斜槽末端的切線必須水平。

　　②入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。

　　③入射球質量應大於被碰球的質量。

　　④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。

　　八、用單擺測定重力加速度

　　1、誤差分析

　　①本實驗系統誤差主要來源於單擺模型本身是否符合要求，即：懸點是否固定，是單擺還是復擺，球、線是否符合要求，振動是圓錐擺還是在同一豎直平面內振動以及測量哪段長度作為擺長等等。

　　②本實驗偶然誤差主要來自時間***即單擺週期***的測量上。因此，要從擺球通過平衡位置開始計時，並採用倒計時計數的方法，不能多記振動次數。

　　2、操作方法

　　①要從擺球過平衡位置時開始計時。

　　②要測多次全振動的時間來計算週期。如在擺球過平衡位置時啟動秒錶，同時數零，以後擺球每過一次平衡位置記一個數。最後秒錶計時為t秒，記數為n，則週期T==秒。

　　③構成單擺的條件：細線的質量要小，彈性要小，球要選用體積小、密度大的小球，擺角不能超過10°。

　　④要使擺球從同一豎直面內擺動，不能形成圓錐擺，方法是由靜止釋放擺球。

　　⑤擺長是懸點到球心的距離。擺線上端要打結固定好，以免擺動過程中擺長發生變化。

　　⑥秒錶讀數時，不需要估讀，因為秒錶的指標只會停在某一s刻度線上，不會停在兩個s刻度線之間。