解析误差理论在高中物理实验数据处理中的应用

    张永年

    物理作为高中阶段的重要学科，注重理论和实验的结合，借助物理实验能够实现理论知识向实践的转化，加深理论知识的学习和理解.高中物理实验操作中，由于受到实验条件或者学生操作水平等因素的影响，实验数据存在一定的误差，得出的结论和理论存在一定的差异，给学生的物理学习带来困惑.因此，高中物理教学中，开展实验探究活动时，教师要引导学生正确对待实验数据的误差，在实验数据处理时有效利用误差理论.

    一、误差理论在力的平行四边形定则实验中的应用

    “力的平行四边形定则验证”实验是高中物理的重要实验，其实验原理是两个力的共同作用效果和另外一个力的作用效果相同，那么这个力则是另外两个力的合力，根据平行四边形定则求解合力.在實际的实验探究和操作中，涉及理论值和实验测量值之间的误差.如果误差控制在合理的范围内，则可以证明两者相等，验证平行四边形定则.平行四边形定则不只是在力学中可以应用，在位移、速度及加速度等内容中，同样适用实验操作的过程中，需要使用方木板、白纸、弹簧测力计、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉及铅笔等器材.在实际的实验过程中，需要使用弹簧测力计测出两个分力的大小和另外一个合力的大小.实验中很难保证合力和分力和完全一致.特别是学生的自主实验中，误差可能会更大.学生可以采取以下方法降低误差：首先，弹簧测力计在使用之前，需要做好指针的检查，保证其在零刻度位置，同时使用砝码检查，校正示数误差;其次，拉动的过程中，避免弹簧和外壳碰撞或者摩擦;第三，在同一次的实验中，保证橡皮条拉长时的位置相同.

    二、误差理论在匀变速直线运动实验中的运用

    匀变速直线运动是高中物理运动学的重要内容.在课堂教学中，需要通过相应的实验活动探究匀变速直线运动的规律.在实际实验操作中，其数据同样存在一定的误差.匀变速直线运动的过程中，需要测量运动的加速度.利用打点计时器开展测量工作，使得抽象的加速度能够转化为直观的数据.在实际的实验过程中，抽动纸条的速度存在差异，打点时容易出现误差.教师引导学生选择合理的实验数据，可以有效降低实验的误差.实验中需要使用打点计时器、纸带、低压交流电源、小车、垫片、长木板、刻度尺及导线等.通过实验得出相应的数据，在加速度的求解时，引导学生采用逐差法计算，能够有效降低实验误差.同时针对实验中的偶然误差和系统误差，了解误差产生的原因，做好相关注意事项.在开始释放小车时，小车应当靠近打点计时器，要先接通电源，等打点稳定之后，释放小车.打点完毕之后，应当立即断开电源，如果打点较轻或者较短时，调整振针和复写纸之间的距离，选择清晰的纸带，适当选择计数点.

    三、误差理论在电源电动势和内阻实验中的应用

    电学是高中物理的重要知识内容，测量电源电动势和内阻实验是电学的重要实验.实验探究中也会出现测量方面的误差，实验教学的过程中，应当合理利用误差理论.在实验开展的过程中，需要使用安培表、伏特表、滑动变阻器、电源（干电池）、开关及导线.根据相应的原理将实验器材连接，开展相应的实验活动，并且记录相应的实验数据.在实验的过程中，不同的实验方式及仪器的连接都会造成一定程度的误差.教师应当选择合适的实验器材，采取合理的连接方式和科学化实验探究方式.在实验数据处理的过程中，可以采取平均值和图像法两种方式，降低实验数据的误差.同时，在实验中，电键闭合之前，确定变阻滑片的位置;电池应当选用旧电池;实验过程中电流不应过大，在每次读数之后需要断电.在图像绘制时，描点连线应当尽可能多的通过点，不在直线上的点应当均匀地分布在直线两侧，偏离直线较远的点应当舍去.纵轴的刻度可以不从零开始，但是横坐标必须从零开始.

    总之，高中物理实验教学的过程中，误差理论有着重要的作用.在物理实验探究时，应用误差理论，开展实验数据的分析处理，分析误差产生的原因，明确误差产生的源头，能够快速地解决偶然性误差因素，帮助学生更好地掌握物理知识.学生通过自主实验操作，培养学生的实验数据处理能力，体会实验活动的科学性，养成严谨地科学实验态度，从而更加严谨的对待物理实验，促进学生全面发展.

    参考文献：

    [1]王云.高中物理实验数据处理中误差理论的应用[J].中学物理教学参考， 2016（2）.

    [2]李舒畅.高中物理实验数据处理的误差理论应用[J].中华少年， 2018（12）.