专题二物理实验的基本知识

专题二物理实验的基本知识

第一节了解误差理论及其应用

一。测量

测量的概念，是指根据一定的法则用数字对事物（某种性质或程度）加以确定。实验中的测量，就是把被测的量与同类标准量（量具）进行比较的过程。

1．

直接测量法将被测的量直接与作为标准的同类量比较的测量方法

2。

间接测量法若未知量不能直接测量，而是先测量与它有关的量，再通过这些量之间的关系来求得这个未知量的方法

第一节了解误差理论及其应用

二。误差及其分类

1．误差。测量值与真实值之差定义为误差。

2。误差的分类

（1）系统误差。

（2）偶然误差（随机误差）

（3）绝对误差。

（4）相对误差。

第二节了解误差理论及其应用电压表和电流表分为0.1级、0.2级、0.5级、1级、1.5极、2.5级、5.0级共七级。它们表示了该仪表的最大相对误差。0.1级表示相对误差为0.1%，2.5级表示相对误差为2.5%。对0.1级，ΔV/VL=0.1%，式中ΔV表示绝对误差，VL表示仪表量程。

在实际测量中应根据被测量值的大小，选择合适的仪表。

第一节了解误差理论及其应用三、误差的计算

1．若N=A+B，±ΔN=±ΔA±ΔB；ΔN/N=(ΔA+ΔB)/(A+B)2.若N=A-B，ΔN=ΔA+ΔB；ΔN/N=(ΔA+ΔB)/(A-B)3。若N=A×B,±ΔN=±BΔA±AΔB；ΔN/N=ΔA/A+ΔB/B4．若N=A/B,ΔN=（BΔA+AΔB）/B2；ΔN/N=ΔA/A+ΔB/B定理一：和或差的绝对误差，等于各量的绝对误差之和。即ΔN=ΔA+ΔB定理二：积或商的相对误差，等于各量的相对误差之和。即ΔN/N=ΔA/A+ΔB/B5.若N=kA(k为恒量)，则ΔN=kΔA，ΔN/N=ΔA/A6.若N=A1/K，则ΔN/N=(1/k)ΔA/A

第一节了解误差理论及其应用以测量圆柱体的体积为例，若测得直径D=4.00±0.01厘米，高h=4.00±0.01厘米，求圆柱体的体积和测量结果的误差。

因为V=πD2h/4；ΔV/V=2ΔD/D+Δh/hΔV/V=2×0.01/4.00+0.01/4.00=0.0075=0.75％，

又V=πD2h/4=50.2厘米3，

所以，ΔV=（ΔV/V）V=0.0075×50.2厘米3≈0.4厘米3测量结果为V=（50.2±0.4）厘米3。

第一节了解误差理论及其应用四、有效数字及其计算

1．有效数字及其作用带有一位估计数字的近似数字，叫做有效数字.有效数字的位数可直接反映测量结果的准确程度。2．书写有效数字时应注意的问题

（1）表示测量结果的数字，不能随便少记，也不能多记。

（2）.有效数字的最后一位数，通常是可疑数字。

（3）.确定有效数字的位数时，注意非零数字中间的零及非零数字后边的零，都是有效数字,而第一个非零数字前的零是表示小数点的位数的不属于有效数字.（4）.有效数字和小数点的位置无关，有效数字不能因为改变单位而增减.3.有效数字的近似计算

第一节了解误差理论及其应用(1)有效数字相加减时，其结果的最后一位数只保留到所有数据中都有的那一位为止。例如：1.389+17.2+8.64+94.12=121.349

可近似为1.4+17.2+8.6+94.1=121.3

（2）有效数字相乘除时，与最少的有效位数相同

例如：9.2814×6.25=9.28×6.25=58.01.4÷3.142=1.4÷3.1=0.45

第二节误差理论应用误差理论在物理实验教学中的应用1、对实验结果的可靠程度进行估计

g=4π2l/T2；δg=∆g/g=∆l/l+2∆T/T2、根据误差产生的原因，分析提高实验精确度的措施

对摆长，摆线的长度就要适当大一些；对周期，停表测量时要测30～50次全振动用的时间，这就是累积法。

3、通过误差分析，合理地选配实验仪器

游标卡尺这个器材可以省去，用数字计时器来测量周期，也没有必要。

第二节了解误差理论及其应用为什么在“研究匀变速直线运动”求加速度时要用逐差法？为什么在“验证机械能守恒定律”挑选纸带时要第一、二两点间距离接近2毫米？为什么用伏安法测电阻时，有“内接法”和“外接法”的区别？为什么要选择仪表的合适量程？要调节零点？要多次测量求平均值？。。。。。。总之，误差理论在中学物理实验中的应用是非常广泛的。可以说，在定量的物理实验中，误差理论绝不可少。作为一个中学物理教师，应该充分认识误差理论的重要作用，在实验教学中认真进行误差分析。尤其是对系统误差的分析，应作为实验教学中的一项重要内容。

第三节正确选择物理实验的条件

一、选择实验条件应注意的问题

1．根据实验原理选择实验条件。

（1）式近似成立的条件是变压器需做空载运行；（2）式近似成立的条件是变压器需做满载运行。用实验来验证或推导（1）式时，应该使副线圈处于空载状态；用实验来验证或推导（2）式时，应该使副线圈处于满载状态。

第三节正确选择物理实验的条件一、选择实验条件应注意的问题

2．根据仪器技术指标（参数）选择实验条件

在定量实验中，由于仪器的“非理想化”，必定会对实验有影响，带来误差。这种影响的程度，通常取决于仪器的技术指标（参数）。因此，在选取实验条件的时候，不能忘记技术指标（参数）这一因素。例如，验证牛顿第二定律的定量实验，应使小车的质量远大于砝码质量。第三节正确选择物理实验的条件一、选择实验条件应注意的问题

3．根据误差理论选择实验条件

以惠斯登电桥为例：要使长度测量误差对实验结果的影响减小到最低限度，亦即使δ取最小值，显然需要l=L/2。因此，在实验中，应尽可能使触点d在滑线的中点处。

第三节正确选择物理实验的条件一、选择实验条件应注意的问题

4.根据理论图线选择

应该保持在R=r和R=2r附近的取“点”

较其它地方密一些。第三节正确选择物理实验的条件二、实验仪器和实验器材的选择

1．实验仪器的选择

（1）仪器尽可能简单、明了、直观

（2）合理选择仪器的精度

①所选仪器的精度，需根据具体实验的目的要求来考虑，不可盲目地追求仪器的精度。

②所选仪器的准确度，应从有效数字的计算和误差理论通盘考虑，不要片面追求于某一仪器的精度。

（3）所选仪器要符合实验条件

第三节正确选择物理实验的条件2.实验器材的选择

（1）器材的特性，如机械强度、尺寸大小、物理和化学等方面的性能参数。（2）加工方便，经久耐用。例如，观察重锤(B)在什么位置时木块倾倒。

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