試論誤差知識在高中物理實驗中的作用和應用

徐靜雨 湖北省孝感市生物工程學校 湖北孝感 432000

前言：如何將實驗課上好，這是所有物理教師必須面對的一個重要問題。實驗期間，對實驗方案加以科學設計，對實驗儀器加以科學配置，并且對實驗數據加以科學分析十分重要。而在物理實驗當中，對誤差理論進行運用，除了能夠讓高中生對系統誤差以及絕對誤差這些物理方面基礎知識加以充分理解之外，同時還能對實驗精度以及準確度加以有效區分，促使高中生實驗分析這一能力不斷提高。因此，對物理實驗當中誤差知識的作用以及具體運用展開探究十分必要。

一、誤差理論在物理實驗當中的作用

將誤差知識引入的物理實驗當中，能夠對實驗儀器進行改進，對實驗方案進行優化，進而對物理實驗進行改進。同時，通過引入誤差知識還能促使高中生的科學素養得以提高。一般來說，科學素養當中含有科學知識、方法、態度以及精神。而誤差知識原本就是物理知識當中的一個部分，高中生對誤差知識加以掌握的過程就是對科學知識進行獲取的過程，而且通過誤差分析還能培養高中生嚴謹認真以及實事求是這種科學態度，進而促使其用科學精神進行實驗。此外，引入誤差知識還能對物理實驗現有教學體系加以完善，與高校物理實驗具體要求進行銜接，進而為高中生日后學習奠定一定基礎。

二、誤差理論在物理實驗當中的實際應用

（一）通過誤差知識判定具體實驗結果

對誤差知識加以運用以前，需要先分清不確定度與誤差兩個概念。其中，不確定度可以得到確定的原因就是因為受到測量精度限制，所有測量手段全都帶有一定的不確定性，存在一定的誤差范圍。但借助誤差理論能夠對誤差值加以分析，通過不確定度可以對誤差結果對應的離散分布數值加以確定。

一般來說，誤差包含偶然誤差和系統誤差。由于存在一些主觀原因與客觀原因，測量結果必然會存在誤差。而在進行實驗數據的處理分析之時，針對系統誤差要進行相應修改和預判，這樣才可減小誤差或者消除差，若受到條件影響無法實現，難以對誤差進行消除或者糾正，就可通過誤差知識來對實驗所得結果進行判定。假設超出現有范圍，既要對當前所用的計算方法加以檢驗，對實驗操作進行評判，同時還需通過誤差知識來對實驗進行指導分析，最終對誤差大小加以確定。這樣可讓所得實驗結果處于一個合理范圍當中。

（二）通過誤差知識科學配置實驗儀器與方案

在完全彈性和非彈性碰撞的實驗之中，不考慮摩擦阻力的一個重要前提是在實驗期間水平放置實驗所用的導軌，但是這僅僅只是一個假設，因為在放置導軌期間，高中生難以讓其處于一個絕對水平的狀態。由于人類技術當前存在很多限制因素，所以摩擦力乃是客觀存在的，同時還無處不在。如果導軌難以處于絕對水平這一狀態，此時必須要考慮到導軌自身的重力因素，如果摩擦力能夠和重力相互抵消，那么假設可以在此基礎之上得以成立。如果實驗之時導軌出現稍微傾斜，那么就能夠做到這一點。因此，實驗之前，高中生必須對導軌進行細致調節，保證誤差處于規定范圍當中，并且要對誤差進行分配，以此來保證誤差具備可控性。如果高中生適當調節導軌，則可保證兩個滑塊做勻速直線運動，從而是使得滑塊通過時間保持相當[1-3]。此外，實驗期間，還需考慮光電門具有的間距，因為如果間距過大，通過動量定理進行判斷，阻力會對時間造成較大影響，致使動量有所增大，從而導致誤差變大。所以，實驗期間，高中生必須要按照具體誤差要求來對實驗方案進行合理選擇，并且對誤差范圍所占比例進行適當分配，綜合分析實驗誤差的具體來源，這樣能夠對實驗儀器以及實驗方案加以科學配置。

（三）通過誤差知識進行數據處理

進行物理實驗期間，對實驗所得數據加以處理屬于核心部分，而在此期間需要對誤差知識加以運用，以此來提高數據處理的準確度以及精度。

因為存在一定的測量誤差，把誤差可能所處范圍稱之為不確定度。如果不確定度比較小，則說明該結果和被測量真實值非常接近。

例如，進行金屬的電阻率測定實驗期間，使用螺旋測微器來對金屬絲直徑加以測量，具體數據如下：

d(mm) 2.923 2.930 2.955 2.954 2.957 2.960 2.915 2.962 2.959 2.961

數據處理：

就此可判斷高中生通過螺旋測微器進行測量所得直接介于2.931-2.965mm之間。

結論：總而言之，在物理實驗當中對誤差理論加以運用有著重要作用，不僅能夠對實驗儀器以及實驗方案進行改善優化，同時還能促使高中生的科學素養得以提升。由此可見，誤差理論對于物理實驗而言十分重要。而且通過研究發現，如今在高中階段的物理實驗當中，通過誤差知識可對實驗結果進行判定，科學配置實驗儀器與實驗方案，同時還能對實驗數據加以處理，進而提升物理實驗精度以及準確度，促使高中生實驗分析這一能力有所提升。