初中物理誤差分析題例析

白朋林

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，許多物理規(guī)律和原理都是通過實驗得出的，因此，實驗探究在物理學(xué)習(xí)中占有重要的地位。同時，實驗探究題在中考中占有較大的比例，其中與誤差分析有關(guān)的題目難度較大，同學(xué)們?nèi)菀状疱e。解答這類問題時，首先要明確實驗原理，其次要弄清引起較大誤差的原因，有時還需要假設(shè)一個具體的數(shù)值來幫助分析，從而正確得出對測量結(jié)果的影響。另外，在設(shè)計實驗時，要學(xué)會通過改進實驗方法，合理安排實驗步驟，盡可能減小實驗誤差。樹立減小誤差的思想意識，并學(xué)會分析產(chǎn)生誤差的原因，不但能幫助同學(xué)們在中考中順利解決此類問題，而且能提高同學(xué)們分析問題、解決問題的能力，對同學(xué)們嚴密的邏輯思維能力的培養(yǎng)也有很大的幫助。

下面以初中物理中常見的一些題目為例，看看具體怎樣進行誤差分析。

例1.在用皮尺測量籃球場的長度時，如果皮尺拉得過緊，則測量結(jié)果偏。

解析：此題如果不認真分析，想當然作答，會誤認為測量結(jié)果偏大。這類題要舉一個實例，就容易找到答案。假如用正確的測量方法測出的籃球場的長度是28m，若皮尺拉的過緊，即皮尺被拉長了，測出的長度可能是27.9m，可見，測量結(jié)果偏小。

類似地，用受潮的木質(zhì)刻度尺測量物體的長度，測量結(jié)果也會偏小。

例2.用彈簧測力計測物體的重力時，如果實驗前沒有校零，指針指在零刻度線的下方，則測量結(jié)果偏。

解析：在使用彈簧測力計、電流表和電壓表等測量儀器前都要觀察，看是否需要校零。如果沒有校零就進行測量，嚴格來說這屬于錯誤。這是違背儀器使用方法造成的，是可以避免的。但是，在實驗時，一部分學(xué)生常常忘了觀察儀器是否需要校零，從而對實驗結(jié)果造成影響。假設(shè)用分度值為0.1N的彈簧測力計來測量一個重力為3.5N的物體，測量前指針在零刻度線下一小格處，則測量結(jié)果為3.6N，所以測量結(jié)果偏大。

例3.用托盤天平測物體質(zhì)量時，如果所用的砝碼磨損了，則測量結(jié)果偏。

解析：假設(shè)被測物體的質(zhì)量是9g，放在已經(jīng)調(diào)節(jié)好的天平的左盤中，標有10g的砝碼磨損后只有9g了，則把它放在天平的右盤中，不用調(diào)節(jié)游碼，天平就平衡了，這時可讀出物體的質(zhì)量是10g，所以結(jié)果偏大。

例4.用天平和量筒測鹽水的密度，小紅同學(xué)的實驗步驟如下：

1.用天平測出空燒杯的質(zhì)量m1。

2.向燒杯中倒入適量的鹽水，測出燒杯和鹽水的總質(zhì)量m2。

3.將燒杯中的鹽水倒入量筒中，記下示數(shù)V。

小紅的測量方法會使測量結(jié)果偏。

解析：該實驗的原理是ρ=m/V，小紅的測量過程中，質(zhì)量的測量沒有問題，測鹽水的體積時，由于燒杯中的鹽水倒不凈，導(dǎo)致測出的體積偏小，因此測量結(jié)果偏大。

擴展：為了解決測量時體積偏小的問題，小蘭同學(xué)對實驗步驟做了如下改進：（如圖1所示）

圖11.向量筒中倒入適量的鹽水，記下示數(shù)V。

2.用天平測出空燒杯的質(zhì)量m1。

3.將量筒中的鹽水倒入空燒杯中，用天平測出燒杯和鹽水的總質(zhì)量m2。

小蘭的測量方法會使測量結(jié)果偏。

解析：小蘭的測量過程中，體積的測量沒有問題，但是量筒中的鹽水倒入燒杯中時，同樣會有一小部分鹽水附著在量筒壁上，這樣導(dǎo)致測出的鹽水質(zhì)量偏小，會使測量結(jié)果偏小。

正確的測量步驟應(yīng)該如圖2所示：

1.用天平測出燒杯和鹽水的總質(zhì)量m1。

2.將鹽水倒入量筒中一部分，測出燒杯和剩余鹽水的質(zhì)量m2。

3.記下量筒中鹽水的體積V。

圖2這種測量方法能避免因為倒不凈而造成的較大誤差，使實驗結(jié)果更精確。

例5.用天平和溢水杯測量柑橘的密度，小明的實驗步驟如下：

1.用天平測出柑橘的質(zhì)量m1。

2.將水加至溢水杯的溢水口，測出總質(zhì)量m2。

3.將柑橘放入溢水杯中，借助牙簽使柑橘浸沒在水中，水停止流出后，取出柑橘，測出溢水杯和剩余的水的質(zhì)量m3。

小明的測量方法會使測量結(jié)果偏。

解析：該實驗的原理還是ρ=m/V，小明的測量過程中，柑橘質(zhì)量的測量沒有問題。測量柑橘的體積利用的是等量代換法，即浸沒時，柑橘排開水的體積就是柑橘的體積。由于從溢水杯中取出柑橘時要帶走少量的水，導(dǎo)致測得的排開水的質(zhì)量偏大，從而得出排開水的體積偏大，最終會使測量結(jié)果偏小。

擴展：為了減小誤差，小亮同學(xué)對實驗方法進行了改進，具體步驟如下：

1.用天平測出柑橘的質(zhì)量m1

2.測出空燒杯的質(zhì)量m2

3.將水加至溢水杯的溢水口，將柑橘放入溢水杯中，借助牙簽使柑橘浸沒在水中，讓溢出的水全部流入空燒杯中，測出燒杯和溢出水的質(zhì)量m3

小亮的測量方法中，可以避免因為柑橘沾水而對實驗帶來的影響，減小了實驗誤差。但是，利用這種方法測量時，如果開始時溢水杯中的水沒有加至溢水口，或者溢出的水沒有全部流入溢水杯中，都會導(dǎo)致溢出水的體積減小，從而使測量結(jié)果偏大。

例6.在“伏安法”測電阻實驗中，小張同學(xué)設(shè)計的實驗如圖3甲所示，如果不忽略電壓表分得的電流，則測量結(jié)果會偏。

解析：小張設(shè)計的電路中，電壓表與待測電阻并聯(lián)，因此示數(shù)即為電阻兩端的電壓。由于電壓表的內(nèi)阻很大，所以通過電壓表的電流很小，一般忽略不計，認為對測量結(jié)果沒有影響。如果不忽略電壓表中通過的電流，則電流表測出的實際上是電阻和電壓表并聯(lián)后的總電流，比電阻中的電流略大，由實驗原理R=U/I知，測量結(jié)果會偏小。

圖3擴展：如果按照圖3乙所示的電路進行測量，不忽略電流表兩端分得的電壓，則電流表測出的就是電阻中的電流，而電壓表測出的實際上是電流表和電阻串聯(lián)后的總電壓，比電阻兩端的電壓稍高，由R=U/I知，測量結(jié)果會偏大。這實際上就是高中物理中要學(xué)到的電流表外接法和內(nèi)接法對測量結(jié)果的影響。

從以上例題可以看出，有關(guān)誤差分析的題目比較靈活，解答時要運用正確的方法，認真分析，具體問題具體對待，不能死記硬背。只要學(xué)生平時多做一些這方面的練習(xí)題，并善于對比總結(jié)，中考中就會順利解答此類問題，同時這對培養(yǎng)同學(xué)們嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和一絲不茍的學(xué)習(xí)習(xí)慣也是大有裨益的。