提高物理实验的精确度，本文主要内容关键词为：精确度论文,物理实验论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
读了《物理教学》2006年第6期上杨太华老师的《提高物理实验的精确度》一文，感到文中存在几处分析不妥，笔者藉此文予以共同探讨。
一、关于系统误差和偶然误差
物理学是实验的科学。确保实验的精确度是实验成败的关键。从实验测量角度看，测量误差一般同时包括系统误差和偶然误差。杨太华老师在《提高物理实验的精确度》一文摘要中谈到“影响实验精确度的因素有：实验系统产生的系统误差，偶然误差，以及由实验原理方面产生的误差。”显然，杨老师认为“实验原理方面产生的误差”是与系统误差、偶然误差相提并论的。这是有违于我们平时的实验理论教学的。
我们知道，对误差的来源可以概括为五个方面： (1)理论，(2)仪器，(3)试验装置，(4)实验条件， (5)观测者和监视器。其中，(1)(2)(3)三项造成系统误差，偶然误差则来自(4)、(5)两项，杨老师从实验原理出发举了两个例子来谈提高实验的精确度，相当于从(1)这一个方面谈了减小实验系统误差。
二、验证牛顿第二定律的实验分析及改进
笔者曾在教学过程中对本实验作了一点改进如图4：将M与纸带相连，固定在轨道一端的打点计时器将系统从静止开始的匀加速直线运动情况通过在纸带上打点记录下来。通过点迹分布可以计算出在不同情况下系统运动的加速度，从而验证牛二定律。
这个实验可以让学生自己做，体会实验中发现科学规律的乐趣。
实验上，笔者所在学校配置的DISlab已将这个验证实验完全定理化、精确化了。通过力传感器和加速度传感器，DISlab可以直接绘制出加速度和力之间的函数图线。
三、用伏安法测电源电动势和内阻的实验分析
杨老师作了如图5中的两张原理图(a)、(b)：
图5
(a)安培表相对电源内阻内接简称内接法，(b)安培表相对电源内阻外接简称外接法。杨老师认为电源电动势E的误差完全依赖于内阻r的误差，讨论时设了电阻R两次取值
，伏特表内阻
，安培表内阻及
。并在此基础上列闭合电路欧姆定律方程组，分别得出内接和外接时的内电阻表达式（参看原文）。
且不说“电动势E的误差完全依赖于内阻r的误差”这种观点是否正确、实验方法是否合理，在推导过程中，杨老师再次犯下重重错误：
类似的错误在分析外接法系统误差时也出现了，杨老师同样得出了自己的结论：外接法得出的内阻r较真值偏高，故应选用小阻值的负载电阻R。
那么事实是怎样的呢？
首先，从提高实验精确度出发，我们做实验从来不是用一、两组数据来解决问题的。本实验中R是一个滑动变阻器，通过R的多次取值，我们得到多组实验数据。内接时，系统误差是由于伏特表的示数并非真正的路端电压，从这一点看，选用大阻值的负载电阻R可以使安培表的分压影响减小；外接时，系统误差是由于安培表的示数并非真正的干路电流，从这一点看，选用小阻值的负载电阻R可以使伏特表的分流影响减小。
第二，数据的处理方法也不是通过死板的列方程组求解再取平均，我们借助更好的工具：U-I函数图线。具体做法是：在坐标纸上建立坐标系，纵坐标物理意义为路端电压U，横坐标物理意义为干路电流I。数据处理时，学生将实验中伏特表和安培表的读数在坐标系中描点然后连线，如图6。不难看出，这一过程中，我们的收获是减小了偶然误差。
图6
下面分析该实验的系统误差：
根据闭合电路欧姆定律：U=E-I·r，可知在图b所示函数图线中，纵轴截距的物理意义应当是电源电动势E，而图线斜率（取正值）的物理意义应当是内电阻r。学生得出电动势和内电阻实际上就是建立在此基础上的。那么在两种接法中，纵轴截距和图线斜率的物理意义到底代表什么呢？我们只要求图6所代表的真正的
关于
的函数便可清楚了。
要提高实验的精确度，首先选取合理的实验方法。比较这两种接法带来的相对误差，由于课本实验中均采用普通干电池(1.5V,sizeD)，内阻不过是几个欧姆，参照安培表、伏特表的内阻常规范围，自然是
要比
小得多了！事实上，在教科书的学生实验中采用的也是外接法而并不用内接法，这个道理是很明白的了。
上述两例的分析进一步说明了弄清实验原理是做好实验的前提。当然从误差来源的五个方面看来，要提高实验的精确度应该是几者兼顾的，例如选用适当的仪器、构建合理的实验装置、保持实验者良好的实验状态、数次测量等。