從實(shí)驗(yàn)誤差分析談實(shí)驗(yàn)操作方法

　　普通高中物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中指出：能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求合理選擇并安裝實(shí)驗(yàn)器材，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，能排除實(shí)驗(yàn)中的一般故障。現(xiàn)就高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)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對小于1mm的部分長度估讀不準(zhǔn)確；

　　②刻度線未與被測長度平行；

　　③刻度尺的起點(diǎn)（可以不是“0”刻度線）與被測長度的起點(diǎn)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(diǎn)不一定選在“0”刻度線，應(yīng)使操作盡量簡便；

　　④讀數(shù)時視線要與尺面垂直；測量精度要求較高時，要進(jìn)行重復(fù)測量，然后取平均值；

　　⑤毫米以下的數(shù)值靠目測估讀一位，估計值至少是最小刻度的1/10。

　　（2）使用游標(biāo)卡尺測量

　　①在看游標(biāo)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(shù)；

　　②在看是游標(biāo)尺上第幾條刻條與主尺刻線重合時，不包括游標(biāo)尺的零刻度在內(nèi)；

　　③在讀數(shù)前，先擰緊緊固螺釘，以免游標(biāo)尺移動影響讀數(shù)；

　　④精確度為0.1mm，0.05mm和0.02mm的游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，以mm為單位時，讀數(shù)保留到小數(shù)點(diǎn)后第1位、第2位和第3位。

　　二、驗(yàn)證力的平行四邊形定則

　　1、誤差分析

　　①用描點(diǎn)法記錄的拉力方向不夠準(zhǔn)確；

　　②所作平行四邊形的對邊不嚴(yán)格平行；

　　③拉橡皮條時，沒有做到橡皮條及兩細(xì)繩套平行于方木板，使在紙上所描下的拉力方向并不是拉力的真實(shí)方向；

　　④沒有校準(zhǔn)彈簧秤的零點(diǎn)，兩只彈簧秤的刻度不準(zhǔn)確；⑤彈簧的拉桿與限位孔有磨擦，使彈簧讀數(shù)并不能真正表示細(xì)繩中拉力的大小。

　　2、操作方法

　　①不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，可拴一短細(xì)繩再連兩細(xì)繩套，以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，使結(jié)點(diǎn)小些，便于準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)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，要反復(fù)做幾次使橡皮條拉伸到相同的長度看彈簧秤讀數(shù)有無變化。

　　③彈簧秤在使用前應(yīng)將其水平放置，然后檢查、校正零點(diǎn)。將兩彈簧秤互相鉤著水平拉伸，選擇兩只讀數(shù)完全一致的彈簧秤使用。

　　④在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長時結(jié)點(diǎn)O的位置一定要重合。

　　⑤用兩只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(shù)時應(yīng)注意使彈簧秤與木板平行，并使細(xì)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(shù)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(shù)值盡量大些。

　　⑦細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，便于確定力的方向，不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個點(diǎn)，取掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連直線確定力的方向。

　　⑧在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度，使所作力的圖示稍大一些。

　　三、探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系

　　1、誤差分析

　　本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)、畫圖不精確。

　　2、操作方法

　　①安裝時，要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。

　　②實(shí)驗(yàn)時，要盡量選擇長度較大、匝數(shù)較多，但軟硬程度（頸度系數(shù)）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(yīng)刻度時，要用三角板，并且視線垂直于刻度，力求讀數(shù)準(zhǔn)確，等鉤碼靜止時，再讀數(shù)。

　　④實(shí)驗(yàn)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(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。

　　⑥建坐標(biāo)系時，要選擇合適標(biāo)度，以使所畫曲線占據(jù)整個坐標(biāo)紙。

　　⑦畫圖紙時，不一定要讓所有各點(diǎn)都正好在曲線上，但應(yīng)注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)大致相同，偏離太遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍棄。

　　四、研究勻變速直線運(yùn)動

　　1、誤差分析

　　本實(shí)驗(yàn)參與計算的量有s和T，因此誤差來源于s和T。

　　①由于相鄰兩計數(shù)點(diǎn)之間的距離s測量不夠精確。

　　②市電的頻率不穩(wěn)定使T不穩(wěn)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(dá)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(dāng)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(shù)點(diǎn)為宜。

　　④紙帶運(yùn)動時盡量不要讓紙帶與打點(diǎn)計時器的限位孔摩擦。

　　⑤要先接通電源，待打點(diǎn)計時器工作穩(wěn)定后，再放開小車；放開小車時，小車要靠近打點(diǎn)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(yīng)盡可能地一次測量完畢（可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點(diǎn)到計數(shù)起點(diǎn)O之間的距離），讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位。

　　五、研究平拋物體的運(yùn)動

　　1、誤差分析

　　①安裝斜槽時，其末端切線不平而產(chǎn)生誤差。

　　②建立坐標(biāo)系時，以斜槽末端端口位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，實(shí)際上應(yīng)是末端端口上的小球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)。

　　③豎直軸（y軸）畫得不準(zhǔn)確。

　　④描出軌跡上的各點(diǎn)時，由于目測不準(zhǔn)，而使描點(diǎn)不準(zhǔn)確。

　　⑤數(shù)據(jù)測量時，測量不準(zhǔn)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，以使小球每一次拋出后軌跡相同，每次描出的點(diǎn)在同一條軌跡上。

　　③安裝實(shí)驗(yàn)裝置時，要注意使軌道末端與圖板相靠近，并保持它們的相對位置不變。

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

　　⑤坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口末端點(diǎn)，應(yīng)是球在槽口時，球心在圖板上的水平投影點(diǎn)。

　　⑥球的釋放高度要適當(dāng)，使其軌跡不致太平也不致于太豎直。

　　⑦計算初速度時，應(yīng)選離拋出點(diǎn)遠(yuǎn)些的點(diǎn)。

　　六、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

　　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(diǎn)計時器阻力）做功，故動能的增加量mν2稍小于重力勢能的減少量mgh，這是不可避免的，這屬于系統(tǒng)誤差。

　　②長度的測量，屬偶然誤差。

　　2、操作方法

　　①鐵架臺應(yīng)豎直安裝，可使紙帶所受阻力減小。

　　②應(yīng)選用質(zhì)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(yīng)先打開電源讓打點(diǎn)計時器開始打點(diǎn)穩(wěn)定后，再放開紙帶讓重物下落。

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

　　七、驗(yàn)證動量守恒定律

　　1、誤差分析

　　實(shí)驗(yàn)所研究的過程是兩個不同質(zhì)量的金屬球發(fā)生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件。實(shí)驗(yàn)中兩球球心高度不在同一水平面上，給實(shí)驗(yàn)帶來誤差。每次靜止釋放入射小球的釋放點(diǎn)越高，兩球相碰時內(nèi)力越大，動量守恒的誤差越小，應(yīng)進(jìn)行多次碰撞，落點(diǎn)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(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量。

　　④實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差主要來源于單擺模型本身是否符合要求，即：懸點(diǎn)是否固定，是單擺還是復(fù)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(nèi)振動以及測量哪段長度作為擺長等等。

　　②本實(shí)驗(yàn)偶然誤差主要來自時間（即單擺周期）的測量上。因此，要從擺球通過平衡位置開始計時，并采用倒計時計數(shù)的方法，不能多記振動次數(shù)。

　　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周期。如在擺球過平衡位置時啟動秒表，同時數(shù)零，以后擺球每過一次平衡位置記一個數(shù)。最后秒表計時為t秒，記數(shù)為n，則周期T==秒。

　　③構(gòu)成單擺的條件：細(xì)線的質(zhì)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(nèi)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(diǎn)到球心的距離。擺線上端要打結(jié)固定好，以免擺動過程中擺長發(fā)生變化。

　　⑥秒表讀數(shù)時，不需要估讀，因?yàn)槊氡淼闹羔樦粫�停在某一s刻度線上，不會停在兩個s刻度線之間。

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