_中学物理实验教学与自制教具_学习建议_二_.pdf

第 20卷第 3 期大 学 物 理Vol 20No 3 2001年 3 月COLLEGE PHYSICSMar 2001 中学物理教师 继续教育 中学物理实验教学与自制教具 学习建议 二 y 刘炳升 陶 洪 南京师范大学 物理系 江苏 南京 210097 摘要 介绍中学物理教师继续教育教材 中学物理实验教学与自制教具 中第二章的内容和要求 侧重在 误差理论和图像法在中学物理实验及其研究中的应用 关键词 误差理论 数据处理 图像法 抑制误差因素 中图分类号 G 451 2 O 4 33 文献标识码 C 文章编号 1000 0712 2001 03 0043 04 中学物理实验教学与自制教具 的第二章 物 理实验方法 主要介绍误差理论和图像法在中学物理实 验及其研究中的应用 1 误差理论在中学物理实验研究中的应用 不少中学教师认为误差理论在中学物理实验中没 有多大用处 因为中学物理实验中对学生的误差要求不 高 不需要对误差进行定量的计算 其实 这是一种误 解 虽然对中学生的误差要求不高 但对教师来说 却有 很多应用 例如 应用误差理论确定误差和实验结果 选 择实验仪器 设计实验步骤 更好地处理数据和改进实 验方案等 这里着重介绍了如下一些应用 1 1 确定实验误差和实验结果的取值范围 该教材中介绍了确定实验结果的两种情况 一种是 已知真值 或真值的理想近似值 一种是不知和不易得 到真值的情况 实验结果范围的确定 在教学中具有很 图1 实际的意义 特别是在评价学生实验结果 时尤为重要 例如 用单摆测定重力加速 度 g 的实验 该实验装置如图1 所示 摆长 l l1 l2 l1 d 2 周期 T t 50 其中 t 为单摆做 50 次全振动所用的时间 1 确定真值 g 值因地而异 如能得 知当地的 g 值 如查表或向地质部门询 问 最好 如不能得知准确值 那么 只能由教师进行足 够多次测量 以 N 作为真值N 的最佳估计值 2 估计最大误差 N 由公式 g 4 l T2 得 用绝对值 和法 g g l l 2 T T 2 1 或 g g l1 1 2 d l 2 T T 2 2 这里 l1用米尺测量 取 l1 1 m 考虑到测量条件所限 可以认为 l1 2 10 3m 小球直径 d 是用游标卡尺测 量的 d 不大于 5 10 5m 可见 d l1 所以 l l l1 l1 0 002 t 是用秒表测量的 秒表的精度为 0 1 s 共测 50个周期 所以 T 0 1 50 s 0 002 s 因为 l 1 m 时 T 2 s 所以 T T 0 001 由于 是无理数 当我们用3 14 或 3 142 来代表 时 就引进了误差 其相对误差的大小 3 14 用 10 位计算器算得 0 000 5 y收稿日期 2000 09 04 作者简介 刘炳升 1939 男 江苏南京人 南京师范大学物理系教授 主要从事科学教育和物理实验教学研究 由上可得 g g 0 002 2 0 001 2 0 000 5 0 5 至此 可以确定实验结果的正确范围应为 g 0 005g 如 苏州地区的 g 值 取 4位有效数字 约为 9 795 m s2 因此 实验结果的正确范围应为 9 795 0 049 m s2 即 9 746 9 844 m s2 1 2 选择和确定实验方案 在选择和确定实验方案的时候 主要要考虑系统误 差 有时也要适当考虑偶然误差 如测量次数很少时 或 者某些量的偶然误差 在了解各实验方案的系统误差之 后 再根据系统误差的大小以及某些实际情况 如器材 操作等 来确定实验方案 下面以 反之越大 2 用内接法时 真实值R x U I RA 6 测量值Rx U I R x RA 7 相对误差 内 Rx R x R x RA R x 8 由式 8 可见 如果电流表内阻比待测电阻小得越多 所 引起的误差越小 反之越大 设有一个电阻 R0 无论用哪种接法 所引起的相对 误差相等 那么 由式 5 8 可以断定 当 Rx R0时 用内接法测量的相对误差较小 当 Rx RA 又 R0 0 故舍去 R0 E IB 0 这种情况相当于 如 图 7所示 利用电源 E r 给电池 E r 充电 图 6 图 7 从图 6 可见 加在电池 E r 两端的电压 UB越高 流过电池 E r 的电流就越大 电池的输入功率为 PB IBUB 22 其大小可由矩形 BUB0IB面积的大小 SBUB0IB来表示 其 中 如图 8 所示 SB E0I B IBE 23 45第 3期 刘炳升等 中学物理实验教学与自制教具 学习建议 二 即为转化为电池 E r 化学能的功率 而 SBU B EB IB UB E 24 即为电池内阻 r 所消耗的功率 图 8 2 2 用放电法测量电容器的电容量 从电容的计算公式 C Q U 25 来看 U 是容易测定的 关键在于如何测量电量 Q 按初 中物理的知识 Q 可以这样求 Q I t 26 I 为 t 时间内电路中的电流 对于电容器上积累的电量 我们也可通过其放电 或充电 电流的大小和放电 或充电 时间的长短来求 得 但是 我们知道 电容器在放电时 放电电流在逐渐 变小 而且不是恒定不变的 如图 9 所示 因此 我们不 能简单地用式 26 来计算 于是 我们可以按图 10接好电路 接通开关 S 电压 表和电流表达到稳定状态后就表明充电完毕 记下这时 然后 打开开关 S 即可认为电容器放电过程开始 每隔 图 9 若干秒钟记下电流表的读 数 两电表的读数 这就是 以后放电时的起始电压 U0 和起始电流 I0 直至放电电流减小到 实际上无法测出 读数为 零 为止 得到一系列的对应数 据 ti和Ii后 在坐标纸上 图10 作出 I t 图像 曲线下的面积可由坐标线的方格数近 似得到 由此得到 Q 后 即可由公式 C Q U0 求得电容器的电容 由上述可见 用电容器放电测电容这个实验 如不 用图像法 是难以进行的 参考文献 1 陶洪 物理实验论 M 南宁 广西教育出版社 1996 上接 25页 Some unsymmetry in the second law of thermodynamics ZHANG Lan zhi Department of Physics Nature Science College Qiqihar University Qiqihar Heilongjiang 161006 China Abstract The second law of thermodynamics reveals some unsymmetry Key words unsymmetry second law of thermodynamics Kelvin formulation Clausius formulation 上接 32页 Michelson s experiment on the velocity of light LIU Zhan cun ZHANG Guo ying Department of Physics the Capital Normal University Beijing 100037 China Abstract Michelson s contributions