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电学实验中如何有效地减少误差

电学实验中如何有效地减少误差

徐声雄

(广东省潮州市教育局教研室 广东 潮州 521000)

【摘 要】 本文针对学生在高三电学实验复习中存在的问题,提出在复习中要渗透误差思想,并从偶然和系统两方面讲述如何有效地减少误差.

【关键词】 电学实验 偶然误差 系统误差 减少

【中图分类号】 G633.7      

 【文献标识码】 A           【文章编号】 1992-7711(2018)03-164-02

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电学实验是高中物理的重要组成部分,也是每年各地高考的必考内容,同时其又是高三复习的一大难题.不少高三学生在电学实验复习过程中,总感觉电学实验题目考查知识点繁多,设问形式多样,题型可谓千变万化,有如在走迷宫.电学实验题目每一步都需要做出判断选择,如电流表、电压表、滑动变阻器等器材的选择,内外接、分压限流等接法的判断,根本找不到一条统一主线.

在传统的高三教学中,我们为了解决以上问题,教师会指导学生面对不同问题采用不同的处理方法:如当

时采用电流表内接法;当滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻阻值时,一般采用分压式接法.这些方法在学生学习的初期能够取得一定的效果,但是,随着高三复习的不断深入,试题难度的不断增加,单纯依靠以上方法来解决问题将会越来越困难.其根本原因在于:学生不清楚其所用方法的来源,当遇到综合能力要求较高的问题时,便束手无策.

笔者认为,部分电学实验题目设计的来源,方法的应用,其实都是围绕 “如何有效地减少误差”这一主题展开.以下从两个方面介绍复习中如何渗透误差思想,以期让学生更深刻理解其所用物理方法由来,提升其处理实验问题的能力.

1. “多次测量”,“求平均值”减少偶然误差

1.1电路设计中增加可变电阻进行“多次测量”,为“求平均值”创造条件

偶然误差是由偶然因素造成的,可以通过多次测量求平均值来减少.只有在拥有多数据的前提下,用平均值法数据处理才的实现的可能.一般设计电路是通过可变电阻实现这种目的.

如图1伏安法测电阻通常用分压(甲)或限流(乙)控制电路,而不是直接测量(丙).使用滑动变阻器,除了对电路起保护作用之外,还在于:要提供测量电路一个可变的电源,以实现多次测量.

电路设计要进行多次测量除了用到滑动变阻器之外,有时还用到电阻箱.如测电动势内电阻的实验方案有很多,以下是ABC三种方案均可测量,而学生分组实验是用C方案,而非AB.其原因在于用AB求解电动势内电阻与上述伏安法测电阻的丙图一样,数据太少,偶然误差太大.要实现多次测量,需要用到可变电阻,以获得不同的路端电压,C中滑动变阻器可以达到此目的.当然,电阻箱也具有此功能,那么也可将C换成D.又因为电阻箱相比于滑动变阻器还能知道电阻的具体数值,故通常测量方法有C、E、F.

1.2数据处理中多种方法平均值

以上无论是使用滑动变阻器还是电阻箱,都是为了得出多组数据,为求平均值创造条件.那么,如何进行求平均值,通常有计算法和图示法两种

如用下表数据求电动势及内电阻的大小的问题,数据处理有:

方法1 计算法求算术平均值

方法2:图示法

用图示法求解时,如果用两点确定一根直线的方法:先画出Cn2条直线,再求平均值,操作较繁琐.一般做法是尽量使曲线通过或靠近大多数观测点,并使观测点比较均匀地分布在曲线的两测.此种做法调节刻度尺方向的过程其实就在求平均值.

可见,无论是电路中滑动变阻的运用、电阻箱的介入,还是数据处理中算术平均值的求解、函数关系图像的描绘,都离不开一个主题:多次测量求平均值减少偶然误差.

2. 从分析误差来源以减少系统误差

产生系统误差的原因有很多,下面从方法和原理两方面讲述如何减少误差.

2.1分析误差的来源,选择合适的测量方法

在电学实验题有很多问题都要求学生做出选择,其中有一类(如伏安法测电阻电流表内外接选择)隐含着这样的要求“选择目的是要选择出系统误差较小的测量方法,以让测量尽可能准确”.学生如能分析出误差的来源,便能选择出合适测量方法,或对已有的实验方案做出改进.如下例.

某同学用伏安法测一节干电池的电动势E(约为15V)和内电阻r(约为1Ω),所给的其它器材有:

A.电压表V:0~3V (内阻约为3kΩ))

B.电流表A:0~06A (内阻约为5Ω)

C.变阻器R1:(20Ω,1A)

D.变阻器R2:(1000Ω,01A)

E.电键S和导线若干

①图3两个原理图

测量更为合适.(I)

②变阻器应选用

;(R1 )

当选R2时,调节滑动变阻器的滑端,电压表示数几乎不变(示数基本等于E),因在变化范围太小,在数据处理上会出现较大的误差.原因在于内阻远小于外电阻,解决问题可以减少外阻(选R1).另外电路选择上,II产生误差原因在于:电流表分压作用,导致路端电压测量存在误差,分压值至少约为路端电压的.解决此问题的方法在于选择影响较小,即相对误差较小的方法I. 可见,虽然提问方式不同,基本要求却是相同的,都是在考查要选择误差较小的方法.要完成好此类问题需从根本分析误差来源.一旦清楚来源,学生所掌握的不单是这道题的答案,而是此类题共同解法.如上述问题,已清楚原因在于内阻远小于外电阻,解决问题除了可以从减少外阻(选R1),还可以增加内电阻,实验方法可以变成图4.

2.2分析误差的来源,对实验理论进行改进

系统误差不同于偶然误差, 它是人们可以意料到的, 在很多情况下, 开始测量前便可以给予消除或减小到可以忽略的程度.以上对于接法的选择,实际只是减小其带来的影响.要从根本解决问题,则需要在分析误差来源的基础上,对实验理论进行改进.如下图5,电流表内接法测电阻产生误差原因是电流表分压作用,而致使电压表测量值比真实值偏大.那么如果能测量出电流表的准确阻值,则能消除上述的影响.此时求RX表达式可以写成.对给出测量所用电表具体阻值问题的学习,不单可以对上述理论进行改进,而且还能通过迁移,为电压表、电流表当电阻使用;电压表,电流表改装、放大量程;多用电表原理等后续课程的学习提供坚实的理论基础.

实验能力是高考物理要考查的五大能力之一,高考物理实验题通常从目的、原理、过程、数据、误差等多个方面来考查.无论是从哪个方面,其题目设计都有其共性,即遵循实验的基本原则 :安全、精确、可操作、少能耗.本文只是从有效减少误差,即从精确性原则指出实验复习的一次尝试.当然,也可以选择其它角度对实验进行知识整理,方法归纳.但无论选择何种角度,采用何种方法对实验进行复习,目的都是在复习中提升学生科学素养,培养学生的解决实际问题的能力.

[ 参 考 文 献 ]

[1]赖圣宝如何选择电学实验器材 [J]湖南中学物理 ,2009(10) :39-40 .

[2]王莉关于高中物理实验误差的探究[J]物理教学探讨,2007(10):58-60.

电学论文范文结:

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