高中物理实验读数方法.doc

在“用单摆测重力加速度”的实验中，用的是分度值为0.1秒的秒表，测单摆周期时，我发现绝大多数学生测30次全振动读数为60.18秒。这样读数是否正确呢？这里牵涉到不确定度的问题。直接测量物理量时，由于偶然误差、系统误差的存在，测量的结果与真值不一致。在现代误差理论中，引进了不确定度这个概念。它的含义是由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度，它反映了可能存在的误差分布范围，表征被测量的真值所处量值范围的程度。它比单次测量的绝对误差更能较好地表示测量结果。不确定度由两类不同性质的不确定度合成：一类是用统计方法算出的不确定度，另一类是用非统计方法得出的不确定度。简化处理时不考虑第一类。此时不确定度的计算可近似取计量器具的示值误差限或基本误差限。它们可参照计量器具的有关标准由准确度等级或允许误差范围得出，或结合具体的实验条件得出。一般来说，对于已知器具最小分度值的不确定度由下式计算得出：不确定度=（K/100）量程K为准确度等级读数时有效数字的可疑位与不确定度有这么一个关系：有效数字的位数由不确定度决定，具体说，有效数字的可疑位与不确定度的数字具有相同数量级，即有效数字的可疑位与不确定度的数字所在位对齐。在高中物理实验中，对于分度值为“1”的仪器读数，如螺旋测微器、温度计、刻度尺、弹簧秤等，有效数字一般读到分度值的下一位。而对于量程为0.6A的电流表和量程为15V的伏特表，读数时容易出错。例如在“测量电池的电动势与内电阻”实验中，为了使读数稳定和延长电池使用寿命，规定电路中电流值不得超过0.6A。如有如下读数：很多学生读作0.298A。理由是在0.2A后指针偏了4.9格，而每一格为0.02A，故0.024.9=0.298。实际应读作多少呢？根据有效数字可疑位与不确定度数字关系，可如下确定：目前实验室一般电表的精度等级为2.5级，则=（2.5/100）0.6=0.015A，不确定度数字处在百分位，则有效数字读数也只需读到百分位。对于上述这种情况，指针偏转的格数以估读半格为宜，即不足半格可舍去，超过半格可入上来，上例可计为偏过0.2A后5小格，读数为0.30A。同理量程为15V的伏特表其不确定度为0.375V，故有效数字读到十分位即可，也以半格来估读。而在某些特殊情况下，不确定度则需由实际情况确定，如在测量凸透镜焦距的实验中，光具座上标尺的分度值虽为1毫米，但有以下几个因素使我们不必读到毫米的下一位。一、使用烛焰做物，烛焰是有一定宽度的且易摇摆，像的位置受清晰度的影响不易确定。二、较长的钢尺在使用过程中很难保证一直平直的，实际情况是钢尺大多有弯曲和变形，此时仪器的误差限往往大于1毫米，甚至达3-4毫米，故物距、像距读到毫米即可。再如开头秒表的读米，由于人的反应时间一般为0.1秒左右，一次计时包含启动与停止秒表两个反应时间，不确定可取0.2秒，故此时读数的有效数字可疑位处在秒的十分位上，上述读数可读为60.2秒。仪器的使用和读数是中学物理实验的基本要求，因此也成了高考几乎每年必考的内容。我们在平时既要防止粗枝大叶的读法，又要防止位数越多越精确的想法，读数是有规则的。一般可先由仪器的最小分度值进行读数，再根据仪器或测量的误差最后确定数据的有效数字。1、有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字称为有效数字（1）有效数字的位数：a3.9，3.90，3.900分别是二位、三位、四位有效数字，最末一位为不可靠的b0.39，0.039，0.0039都是两位有效数字写成科学记数法为：3.9101，3.9102，3.9103，若3600km，如果全部是有效数字，就不用科学记数法，要写成科学记数法则也应为3.600103km（2）有效数字的运算：若题中物理量采取的是几位有效数字，则结果也应该是几位有效数字2、需要估读和不需要估读的仪器：（1）需要估读的仪器：（关键是确定好最小分度）刻度尺、螺旋测微器、电表、天平、弹簧秤（2）不需要估读的仪器：游标卡尺、水银气压计、机械秒表、电阻箱3、游标卡尺、螺旋测微器、电表和机械秒表的读数：（1）游标卡尺和螺旋测微器游标卡尺按照精度的不同可分为三种：10分游标，精度0.1mm;20分游标，精度0.05mm;50分游标，精度0.02mm游标卡尺的读数方法是：以游标0刻度线为准在主尺上读出整毫米数，再由游标读小数即：主尺的整毫米数（格数精度）水银气压计读数与之相似螺旋测微器的螺距为0.5mm，可动刻度为50等分，所以最小刻度为0.01mm也就是其精度，即能准确读到0.01mm位，在千分位上估读其读数方法是：主尺读半毫米以上的长度，然后找出可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度上的水平横线重合，读出半毫米以下的刻度并估读一位即：固定刻度示数（格数精度）估读值（2）电表和机械秒表电表的读数首先要看量程，并注意每一最小分度值，特别是量程为0.6A的电流表和量程为15V的电压表，以及多用表的欧姆档的读数方法机械秒表的长针是秒针，每转一周是30s，最小分度为0.1s，不能估读比0.1s更短的时间；短针是分针，每转一周是15min最小分度是0.5mi