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      高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中誤差理論的應(yīng)用研究

      2017-07-25 11:51黃建洪
      新校園·中旬刊 2017年5期
      關(guān)鍵詞:高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用

      黃建洪

      摘 要:本文主要分析了誤差理論在高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的重要性,闡述了誤差理論的具體應(yīng)用,最后總結(jié)了誤差理論對物理實(shí)驗(yàn)的作用,旨在加強(qiáng)誤差理論在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的應(yīng)用,促進(jìn)學(xué)生對物理的真正認(rèn)識和理解。

      關(guān)鍵詞:高中物理實(shí)驗(yàn);數(shù)據(jù)處理;誤差理論;應(yīng)用

      一、誤差理論應(yīng)用的重要性

      首先,高中物理實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)是真實(shí)存在于現(xiàn)實(shí)生活中的,但是仍然必須經(jīng)過一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鞑襟E才能夠完成驗(yàn)證。為了確保實(shí)驗(yàn)的正確性,通常會采用大量的數(shù)據(jù)來證明,數(shù)據(jù)的可靠性必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。然而在實(shí)驗(yàn)過程中,由于一些不確定因素的影響,常常會讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差,這種誤差通常是不可避免的,但是對于實(shí)驗(yàn)又有一定的影響。為了讓實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性更高,必須在實(shí)驗(yàn)原理沒問題的情況下,科學(xué)地使用誤差理論的原理來解決這個問題。在物理實(shí)驗(yàn)中,誤差的存在有其必然性,而實(shí)驗(yàn)者對誤差的分析也是實(shí)驗(yàn)的一個重要環(huán)節(jié)。

      其次,誤差理論在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中有著重要作用。誤差理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理屬于考試高頻考點(diǎn),但是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理相對而言不容易被忽視,而誤差理論往往容易被忽略,教師在講解相關(guān)理論知識和題目時,對誤差理論知識一筆帶過,學(xué)生掌握得也不夠透徹,處于似懂非懂的狀態(tài)。因此當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)誤差時,學(xué)生容易將誤差歸結(jié)到偶然性的誤差和系統(tǒng)的誤差上,沒有深入研究和探索實(shí)驗(yàn)真正存在的問題,對學(xué)生處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并沒有幫助。另外,在高中物理學(xué)習(xí)階段,學(xué)生對誤差的理解停留在“誤差的存在是正常的,不需要對誤差進(jìn)行研究和計算”,這是因?yàn)閷W(xué)生對于誤差理論沒有進(jìn)行定量分析,從而將誤差理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)理論分割開,實(shí)際上這二者是緊密聯(lián)系的。

      最后,誤差理論實(shí)際包含了許多物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法,不僅是對誤差的分析,也有嚴(yán)密的法則方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,主要被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。而在考慮和處理問題的方法中,誤差理論也常常被用到,尤其是處理高級數(shù)據(jù),可見誤差理論與物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理有著不可分割的關(guān)系,合理、科學(xué)地運(yùn)用誤差理論,能夠在高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮重要的作用。

      二、高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中誤差理論的具體應(yīng)用

      1.力的平行四邊形定則驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

      力的平行四邊形定則驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是高中階段一項(xiàng)重要的基本實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)過程中,需要獲得的是:兩個共點(diǎn)分力相同作用效果和實(shí)際的測量數(shù)據(jù)的合力,是否和這兩個共點(diǎn)力構(gòu)建的理論合力符合,兩個共點(diǎn)力應(yīng)用的原理是平行四邊形定則。這個實(shí)驗(yàn)涉及實(shí)驗(yàn)的測量數(shù)據(jù)和理論值之間的誤差,在合理的誤差范圍內(nèi),兩者的合力相同,那么印證了平行四邊形的定則。這個實(shí)驗(yàn)需要的材料有木板、橡皮、白紙等,原理是如果兩個作用力F1和F2的作用效果和一個力F的作用效果一樣,那么力F就是F1和F2的合力。實(shí)驗(yàn)過程中,由于誤差的存在,F(xiàn)1和F2與合力F很難完全相同,數(shù)值甚至可能相差甚遠(yuǎn),此時教師需要及時引導(dǎo)學(xué)生,觀察實(shí)驗(yàn)過程中的小細(xì)節(jié),爭取將誤差降到最低,確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,完成實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證過程。

      經(jīng)過研究分析,誤差的來源可能有以下三個方面:第一,運(yùn)用平行四邊形的定則進(jìn)行作圖時,由于作圖不準(zhǔn)確產(chǎn)生的誤差;第二,彈簧測力計沒有調(diào)零;第三,在使用彈簧測力計時,彈簧外殼與紙張的摩擦以及彈簧與外殼的摩擦造成的誤差。

      2.探究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)

      實(shí)驗(yàn)中,勻變速直線運(yùn)動涉及測量加速度的方法,加速度是一個極為抽象的概念,如果教師簡單地通過理論教學(xué),學(xué)生不能夠?qū)⑵涓拍罾斫獾煤芡笍?。因此教師可以通過直觀的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),如通過打點(diǎn)計時器和紙帶,將加速度轉(zhuǎn)化為較直觀和可以進(jìn)行測量的具體數(shù)值。在實(shí)驗(yàn)過程中,教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生在加速度實(shí)驗(yàn)設(shè)計中分析誤差,選擇合適的實(shí)驗(yàn)參數(shù),從而降低誤差。誤差理論的應(yīng)用在一定程度上能夠培養(yǎng)學(xué)生對待實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心的態(tài)度。教師在這個過程中,通過誤差理論教學(xué),提高學(xué)生分析問題和誤差的能力。在勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中,小車帶著紙帶在軌道上做加速運(yùn)動,穿過打點(diǎn)計時器會留下一連串的數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過逐差法計算出小車運(yùn)動的加速度

      T是打點(diǎn)計數(shù)器的周期,為了讓學(xué)生處理數(shù)據(jù)更方便,這里一個周期為五個時間間隔。S1、S2、S3…是紙帶上相鄰的點(diǎn)的距離,學(xué)生可以通過測量得出相鄰距離。實(shí)驗(yàn)的誤差主要有兩個部分:第一,測量位移;第二,測量時間。降低紙帶測量的誤差,能有效提高小車加速度的準(zhǔn)確性。

      綜上所述,誤差理論應(yīng)該廣泛應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中,讓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和過程更加合理化、科學(xué)化,準(zhǔn)確性更高,讓學(xué)生徹底明白誤差理論知識的概念,增強(qiáng)學(xué)生分析物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力,提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力,以后能夠以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)。

      參考文獻(xiàn):

      [1]賈玉寶.探討誤差理論在高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].高中數(shù)理化,2015(16):45.

      [2]康昌厚.誤差理論在高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].新課程·下旬,2015(10):12.

      [3]方青松.培養(yǎng)高中生物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力的研究[D].廣州:華南師范大學(xué),2012.

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