略談誤差知識在高中物理實驗中的作用和應用

童秀平

本文簡單闡述了高中階段的誤差理論，將誤差理論以及不確定度做了區分。從實驗的方案設定以及實驗操作等方面，分析高中物理實驗中，誤差知識的作用以及應用。誤差知識是在實驗教學中重要組成部分，對于物理實驗課來說，誤差知識在其中的應用，直接關系到實驗教學的效果。希望本文的研究對物理實驗課的開展是有促進作用的。

1 前言

在高中的物理實驗課上，一個非常重要的環節是實驗數據處理，而數據處理需要有誤差理論的指導，但是系統的誤差理論對高中生來說是比較抽象化的一個概念，高中階段對誤差理論展開教學是有一定難度的，而且在實際的實驗授課中，教師對誤差展開分析是容易與現實脫節的，這樣高中生對一些概念就會出現理解不足的問題，但是在物理實驗課上，誤差知識的重要性是不可忽視的，誤差分析可以對實驗展開誤差糾正，對提升高中生的物理能力是有重要意義的。

2 誤差理論與不確定度的關系

誤差理論要想在物理實驗課上展開應用，就要對誤差以及不確定度兩個重要的概念進行區分。誤差可以被確定，是因為在受到測量精度限制的情況下，任何的測量方式都是有一定的不確定性，會出現誤差范圍，這其實是程度值。不確定度則是要經過計算，是估算值。誤差理論多強調的是得到誤差值，不確定度則是誤差的離散分布。誤差的存在是有一定客觀性的，不確定度，則是要經過計算和分析，受到人為的影響，實驗分析以及計算處理。對分散性會有一定的影響，所以不確定度并不能代表誤差大小。

二者的歸屬是有明顯區別的，又有著一定的內在聯系，是因為誤差的客觀存在，讓不確定度這個概念出現，這樣誤差從一個客觀的存在，成為了可以進行人為估算的評價體系，不確定度成為人們對誤差進行評價的一種方式，借助不確定度的分析，可以對誤差的來源、性質以及種類進行確定，從而對實驗的條件以及過程進行改善。借助不確定性對誤差展開分析，也是借助誤差對不確定度進行指導。

3 誤差知識在高中物理實驗中的應用

3.1 運用誤差理論判定實驗結果

在物理實驗課上，誤差有系統誤差以及偶然誤差的區別，因為各方面原因的限制，無誤差成為一個理想中的實驗效果，現實中是無法完全消除誤差的，測量的結果多少會有誤差，這是客觀存在的。在對數據進行處理的時候，對于已經了解到的系統誤差，要采用合理的手段，對誤差進行消除或者縮小，若是條件無法實現，誤差無法進行糾正以及消除，誤差分析就需要確定結果的可靠性。若是數據結果超過了范圍，就需要對計算的方法展開檢查，并對實驗操作展開評判，借助誤差理論，可以對實驗結果進行分析，從而確定出誤差的大小，將其中的主次關系分清楚。最終可以確定一個物理實驗的結果范圍。若是對誤差分析忽視，知識簡單進行操作分析，這樣的實驗結果處理是不嚴謹的。在物理實驗課上誤差的存在是很廣泛的，要想讓誤差減小，就要對誤差的成因展開分析以及評判，找到物理實驗課的主要矛盾以及次要矛盾，然后逐漸進行解決。并注重對實驗的步驟進行判斷。不要自行改動，讓誤差的來源混亂。

3.2 借助誤差理論配置實驗方案以及設備

在物理實驗課上，誤差可以幫助進行實驗方案的配置。比如驗證完全彈性碰撞以及非完全彈性碰撞，系統總動量是否守恒。若是不計較摩擦阻力，導軌就需要完全水平，但是以人類現階段的技術水平，完全水平是無法做到的，導致摩擦力也是無法完全消除，在物理實驗課上誤差是客觀存在的，若是對重力以及摩擦力進行消除，就需要進行人為的假設，在實驗中導軌進行適當的傾斜，這樣可以做到，在物理實驗課上，要對細節進行調節，保證誤差處于限定的范圍，要對實驗誤差進行分配，保證誤差處于可控，導軌調節足夠合適，兩個滑塊就會更加接近勻速運動。因此借助誤差的理論，在物理實驗課上可以對實驗的方案進行科學配置，對其中的設備進行適當的改進，有助于得到更加準確的實驗結果，也需要一定的基礎知識，以及對實驗原理深入了解。

3.3 偶然誤差和系統誤差的應用

在物理實驗課上多次測量計算平均值，這是最常用的減少偶然誤差的一種方法。但是這樣的方法還是有一定的不全面性，偶然誤差最主要的影響因素，還是實驗誤差。但是實驗誤差并不是容易察覺到的一些系統誤差，結合實驗的結果以及方法，可以知道偶然誤差并不具備主導的作用，偶然誤差若是成為主導的因素，是因為方法單一等一些不符合實驗規律的問題，或者是實驗的條件并不符合相關規則，但是很多的物理實驗課上，只能進行一次測量，無法實現多次的測量，這樣就無法用常規的方法來對誤差進行減少，儀器允許的誤差就需要進行控制，這是對誤差進行控制的一種手段。那么在物理實驗課上，關于系統誤差，其實是可以進行察覺以及控制的，偶然誤差則是有更多的不確定性，就要注重對細節上的調整。

4 結論

總之，在物理實驗課上，誤差知識是非常重要的部分，關系到物理實驗課是否可以順利開展，以及保證實驗結果的準確性，誤差其實是客觀存在的，現階段在物理實驗課上無法將誤差完全消除，但是可以采用一些合理的方法，讓誤差處于可接受的范圍內，這樣可以讓物理實驗課的開展更加有效，得到結果可以發揮出作用。

（作者單位：福建省漳州市華安一中）