加强误差理论对中学物理实验教学的指导，本文主要内容关键词为：误差论文,实验教学论文,理论论文,中学物理论文，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。
物理学是一门以实验为基础的学科，物理规律的发现，必须以科学实验为基础。实际就离不开测量，中学物理实验也不例外。由于测量仪器、实验条件以及种种因素的局限，测量是不能无限精确的，测量结果与客观存在的真值之间总有一定差异，也就是说总存在测量误差，测量结果误差的大小反映我们的认识接近于客观真实的程度。
误差问题与中学物理实验的各个方面都有密切联系。如在确定实验方法时，常常采用一种相对测量法，即比较法，只要保持在同样条件下进行实验，就可以消除许多项误差的影响，设法采取这种或那种的测量方法，如替代法、复称法等，无非就是为了减小测量误差。在调整仪器时，如调铅直、水平，要考虑调到什么程度才能对实验结果影响最小。在使用仪器时，如用伏特计测电压，就要考虑接入电表后引起电路改变所带来的误差，以及对结果是否有影响等。仪器量程的选用也与误差考虑有关。在做实验时，要心中有数，根据误差分析，对于结果影响大的关键量，就要努力把它测准，要在现有的条件下，使实验得出最好的结果。
中学物理实验总是根据所要求的精确度，也就是对测量结果误差限度的一定要求，来确定实验方案并选用实验仪器。在一定的要求下还要以最小的代价来取得最好的结果。不能要求仪表越高级越好，环境条件越稳定越好，测量次数越多越好等等，这样要求是不切实际或是浪费的。测量结果的误差是各个因素所引起的误差的总和，减小某些因素所引起的误差，代价较小，而减小另一些因素所引起的误差，所需的代价可能很大，为了提高测量的精确程度，往往着力于减小某一、二项主要的误差，于是就要根据要求和误差的考虑进行合理的设计以及选择方案和仪器。作为中学物理教师，运用误差理论，对合理配置实验器材，确定误差范围，把握实验成功的关键，判断实验结果，解决实验中出现的问题，是非常重要的。
提高中学物理实验教学的能力，误差理论的运用是极其重要的。大部分中学物理教师都系统地学过误差理论，但如何具体运用到中学物理实验中去，并作为指导，这是一个十分值得研究的问题。中学物理实验比较简单，精确度要求也不高，因此有人认为用不着进行误差分析，这种看法是不科学的。对中学物理实验进行误差分析，是中学物理实验教学技能的一个重要组成部分，也是中学物理实验的特点和要求，是不能忽视的。
随着物理实验教学的深入发展，对中学物理实验的要求也提高了。误差问题在实验中运用范围大体包括以下几个方面：
1.量具仪表（量仪）的精密度（最小分度值）与读数误差、有效数字位数之间的关系。
2.实验中的数据处理和有效数字的运算。
3.分析实验中的偶然误差与系统误差，特别是系统误差在实验中的作用，以提高实验的精确度。
4.量仪的精密度、准确度、精确度与测量中的精密度、准确度和精确度的联系。
5.通过误差计算怎样来确定有关实验的误差范围。
6.通过误差分析明确实验中产生误差的主要因素，以把握实验的成败，判断实验的结果，估计可能出现的问题。
7.根据测量对象和要求，如何合理配备器材，确定实验方案。
现以初中测量固体密度的实验为例，若使用的天平感量为20mg，量筒的最小分度为1cm[3]，求实验的允许误差范围。
如果测得某铝块的质量m=57.30g（四位数字），体积
。这是否符合要求呢？根据误差计算公式，实验最大相对误差为：
。
最大绝对误差为：
，即测量值在(2.56～2.84)g·cm[-3]之间都被认为是许可的。这就是根据实验条件确定误差范围的方法。从上式看误差主要来自对体积的测量，而质量测量的误差可以略而不计。用精密度为1cm[3]的量筒对天平的精度要求就不高，用感量为200mg乃至lg的天平都可以达到要求。
再如用安伏法测定电阻。已知测试电流l=2.5A,R[，x]=10Ω，（忽略电压表内阻对测试结果的影响），为使被测电阻R[，x]的相对误差小于1.5%，试问应选用什么量程的电流表和电压表？它们的准确度等级应为多少？
由欧姆定律知R[，z]=U/I，
因被测电流为2.5A，现可以选取量程为3A的电流表进行测量。电流表准确度等级可求出：△I[，m]/I=0.019/3=0.63%。选取0.5级的电流表便能满足题设要求。
为选取合适的电压表，首先估算一下被测电压的数值。
由欧姆定律有：U=IR[，x] =2.5A×10Ω=25V，这时可选用量程为30V的电压表进行测试。为确定电压表的准确度等级，应先求其最大绝对误差。根据误差等传递原则求得：
△U[，m]≤25V×0.75%≈0.19V，
再利用电表准确度等级定义，便可确定与此最大绝对误差相应的电压表的准确度等级。
将△U[，m]及U[，m]数值代入下式得：△U[，m]/U=0.19/30=0.63%。
这与电流表的结果类似，我们选取准确度等级为0.5级，量程为30V的电压表作为实验用表，完全能满足测量要求。
在中学物理实验教学中，对中学生不要求学习系统的误差理论或掌握多少误差方面的知识，而只是要求教师根据学校条件和教学要求进行恰当渗透和灵活引导。作为中学物理教师，对此应有明确的认识，在物理实验教学中要认真进行误差分析，并对实验进行指导。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。