《从“半偏法”实验系统误差谈定性分析和定量计算》-理学论文，物理论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

从“半偏法”实验系统误差谈定性分析和定量计算

范文

周永丽周兴东

摘要：本文从半偏法测电流表内阻实验的误差分析出发，比较物理学习中分析问题的两类常用方法——定性分析和定量计算，阐述强调定量计算的重要性，同时指出简单的定性分析可能得出错误的结果，为教学过程中学生重定性分析、轻定量计算的不良学习习惯敲响警钟。鼓励在教学过程中培养学生定量计算的能力，鼓励学生分析物理问题时定性分析和定量计算相结合。

关键词：物理教学；误差；定性分析；定量计算

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）5-0058-3

定性分析和定量计算是分析物理问题的两种基本方法，平时做选择题时，一般先定性分析，后定量计算，能不算的就不算，这样可以大大提高分析问题的速度，大多数情况也能把问题分析清楚。老师平常这么教，学生也这么用，效果也还不错。殊不知，这样训练学生，久而久之，学生在学习过程中养成了重定性分析、轻定量计算的惰性习惯，在遇到分析不清楚的问题时，又计算不出结果，就容易选择出错误答案。所以，学生定量计算的能力一定要花大力气培养，才能让学生在物理学习过程中立于不败之地。

不可否认，定性分析在分析很多物理问题时，都能很好地、较快地得到结论，这是物理教学过程中应培养学生的重要能力之一，即分析推理能力；但只注重定性分析，不注重定量计算能力的培养，对学生的学习来讲是非常有害的。

下面笔者从教学实践中有关“半偏法测电流表内阻实验”的一道常见的题目中遇到的问题来谈谈个人的观点，定性分析和定量计算下得到了两种不同结果，从而说明在教学过程中重定性分析、轻定量计算不利于学生物理学习能力的培养。

题文：测定电流表内电阻的实验中备用的器件有[1]：

A.小量程电流表G（量程0～100 μA）

B.电阻箱（阻值范围0～999.9 Ω）

C.电阻箱（阻值范围0～99 999 Ω）

D.电源（电动势2 V，有内阻）

E.电源（电动势6 V，有内阻）

F.开关和导线

①如果采用如图1所示的电路测定小量程电流表G的电阻值且要想得到较高的精确度，那么从以上备用器件中，电阻R1應选用_______，电阻R2应选用_____，电源E应选用_______。（均用字母代号填写）。

某同学利用该电路图两次测量电流表内电阻的实验操作步骤如下：

②第一次测量：合上S1，断开S2，调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度，再合上S2，调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的2/3，读出R2的阻值为R0，则电流表内电阻Rg的测量值为________________。

③第二次测量：合上S1，断开S2，调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度，再合上S2，调节R2的阻值，使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半时，读出此时R2的阻值为R'0，则电流表内电阻Rg的测量值为____________。

④由于电路系统误差的影响，两次电流表内阻的测量值均比电流表的真实内阻__________（选填“偏大”或“偏小”）。

⑤如果两次测量的读数均准确无误，不考虑读数的误差，上述两次电流表内阻的测量值更接近于电流表真实内阻值的是___________。（选填答案标号）

A.第一次测量 B.第二次测量

C.两次测量均一样 D.无法确定

参考答案：1.①C，B，E；②R0/2；③R0'；④偏小；⑤A。

定性分析：第⑤问的分析结果是A选项正确。第一次测量更接近真实值。

从实验原理分析，半偏法测电阻，R2=R0，认为由电流表满偏到半偏过程中，干路电流不变，分流电阻分了一半的电流，由并联电路的知识可知，两支路电流相等，故电阻相等；而由实际实验具体情况去分析，由电流表满偏到半偏过程中，全电路阻值变小，干路电流变大，分流电阻分了超过一半的电流，由并联电路的知识可知，电流大的电阻小，故R测

进行误差分析：要想使测量误差小，就要使前后两次电路中干路电流改变小，即需要满足干路上滑动变阻器接入电路中的有效阻值远大于Rg。按此推理，前后两次电路干路电流改变越小，误差就越小，那就意味着，当并联的变阻箱的阻值越大，误差就越小。经过分析，第一次测量使电流表指针偏转到满刻度时，并联的电阻箱的阻值大于第二次测量使电流表半偏时并联的电阻箱的阻值，故第一次测量误差较小，测量值更接近真实值，选A选项。

定量计算：第⑤问的分析结果是C选项正确。两次测量误差均一样。

计算误差思路：半偏法可计算出测量值与真实值之间的关系，以及误差的大小[2]。

计算如下：令电源阻值r和滑动变阻器接入部分阻值为R1，电流表内阻为Rg，并联的电阻箱阻值为R2。

两种角度计算结果相同，或者说，只改变变阻器R2使得电流表偏转从半偏到几分之几偏，都是有误差的，而且误差是相同的，因为得出的测量值都等于半偏法得到的结果[3]。

笔者从计算的角度证明了前后两次测量值相同，误差情况当然也相同。故可以得出这样的结论：半偏法测电流表的实验中，电流表先满偏并联接入再改变变阻器R2后无论让其偏多少，测量值相同，即误差也相同。

从定量计算的结果看定性分析：定性分析过程，只注重分析了前后两次电路干路电流变化不同，但忽略了读数结果与测量值之间的关系也不同，看似分析得很有道理，实际上经不起计算的推敲[4]。

从这道经典老题中我们看出，在研究过的部分问题中，只定性分析而不用定量计算的思想严重影响了我们的判断，甚至是误导。老师尚且如此，更何况学生？

因此，笔者认为，在我们日常的物理教学中，如果总是只注重定性分析，追求快，而不太注重定量计算能力的培养，对学生的分析能力的提高，解题思维的发散，乃至对学生终身的发展，都必然是有负面的影响。

诚然，现在的考试体制决定了我们必须要通过一些方法来提高学生解题的速度，但是一味地重视定性分析，不动手去研究物理，这就是走偏了。因为物理是一门实验学科，不是说不要分析，而是不能忽略定量计算。如果在提高解题速度的同时却禁锢了学生的思维，导致很多学生图省事，知其然，不知其所以然，只要有“陷阱”就会往里钻，即使解题的速度提高了，而能力的全面培养有所欠缺，未免得不偿失。

在我们的高中物理教学中，不应该过分提倡这种只通过定性分析来提高解题速度的方法。在近几年的高考中，定量计算的题目相当多，求比值，求结果，并且多数g取9.8，结果要保留小数位数或者有效数字，这充分说明，定量计算一定要加强培养。作為教师，我们要尽量帮助学生消除只定性分析的负面影响。

笔者认为，可以从以下几个方面入手，全面培养学生的科学素养，预防只浮在面上的定性分析。

（1）要让学生亲自求出结果。平常我们在讲解问题时，在“一题多解”“一题多用”“一题多变”时，为了赶进度、扩宽度，偏重于促进和锻炼学生的发散思维能力，培养了学生“懂了，会了”。要知道，定量计算，要的不仅仅是粗略地懂了、会了，只有亲自求解了，才会在求解的过程中，学到更多的东西，甚至能发现思考中错误的地方。

（2）培养学生具体化的思维，思考具体，做事具体。既看大局，定性分析是哪类题目，又看局部，看具体，求解到具体的结果。从整体中透视局部，从局部中统观整体的思维方法。这也是发散思维和集中思维辩证结合、统一应用的过程。

（3）有针对性地选择偏重于计算的题目题型，尤其是高考题，利用“脑筋急转弯”的问题有目的地培养学生思维的灵活性。在平时要注意收集和积累一些容易只定性分析而得出错误结论的消极影响的例子，使学生上当，不浮于表面，从而提高学生的“免疫力”。只有吃过亏上过当，一朝被蛇咬十年怕井绳，从而更容易认识到定量计算的重要性。

（4）要促使学生建立扎实、全面的学科素养，不能浮于表面，不能死记硬背。当前的高中教育，有很多地方都是“懂了”“记住了”，并不是真正的能做对。我们提倡创造能力、做事能力，除了依赖于分析，也要依赖于具体化的计算，在分析问题时要全面，不能忽视定量计算的辅助。

综上所述，在简单的物理问题中，纯粹的定性分析可以使得我们能快速判断对错、大小甚至变化，但是在高考中、在实际生活解决问题时，纯粹的定性分析就解决不了多过程的复杂问题，需要一步一步地求证，否则就只是能看懂、能听懂，会扼杀创造力，会让思维变得懒惰、被动。高中学习是学生养成良好习惯、奠定发展基础、培养科学精神的关键时期，我们应该从日常教学入手，全面培养学生学习中的良好思维品质和科学素养，打好根基，才有利于学生的长足发展。

参考文献：

[1]叶利华，王开奎.半偏法测电表内阻实验的改进[J].物理教学探讨，2005，23（10）：61-62.

[2]詹光奎，杨双伟.半偏法测电表内阻系统误差隐蔽错误纠正[J].物理教师，2016，37（7）：49.

[3]钱呈祥，韩叙虹.用半偏法测电表内阻的高考试题解析[J].物理之友，2014（10）.

[4]陈建伟.浅谈半偏法测电流表内阻中系统误差的定量分析[J].数理化学习，2011，29（3）：28-30.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。