王南楠 陳浩

摘 要：誤差分析與數(shù)據(jù)處理是物理實驗中的一個重要環(huán)節(jié)，而在中學(xué)物理實驗中這部分知識涉及不多，因此中學(xué)生對物理實驗中的誤差理論存在一些理解誤區(qū)，針對中學(xué)生存在的誤區(qū)應(yīng)認(rèn)真分析。

關(guān)鍵詞：誤差；理解；誤區(qū)

物理實驗是物理研究和學(xué)習(xí)的重要方法之一，誤差分析與數(shù)據(jù)處理是物理實驗中的一個重要環(huán)節(jié)。大學(xué)物理實驗比較重視誤差分析，而中學(xué)物理實驗由于相對比較簡單，中學(xué)實驗儀器的精確度不高等各種原因，對實驗的誤差分析并不重視。

新的課程標(biāo)準(zhǔn)提出，中學(xué)物理實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗?zāi)芰?，熟悉和掌握基本測量及基本儀器的正確使用，學(xué)會科學(xué)探究的方法。參照近幾年全國的高中物理考試大綱，可了解中學(xué)物理對學(xué)生的考查主要集中在幾個方面：基本儀器的使用，實驗的實際操作，設(shè)計型實驗。而實驗數(shù)據(jù)的處理方法在試題中也逐年體現(xiàn)。因此，在中學(xué)物理實驗中重視誤差分析，判斷實驗結(jié)果，解決實驗過程中出現(xiàn)的問題等都有積極意義。

中學(xué)生對誤差理論理解的誤區(qū)有以下幾個方面：

一、不清楚系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的區(qū)別

在實驗中，誤差是不可避免的，實驗中的測量誤差主要來自偶然誤差和系統(tǒng)誤差。對偶然誤差是有一套較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摵头椒ǖ?，但系統(tǒng)誤差卻沒有很固定的理論和方法，往往要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析處理，能否處理得好，在很大程度上取決于實驗者的學(xué)識和經(jīng)驗，初學(xué)者則不易掌握。系統(tǒng)誤差具有確定性，在相同條件下，多次測量同一物理量時，系統(tǒng)誤差的絕對值和符號保持恒定；條件改變時，系統(tǒng)誤差也按確定的規(guī)律變化，影響系統(tǒng)誤差的條件一經(jīng)確定，誤差也隨之確定。偶然誤差具有隨機(jī)性，在相同條件下，多次測量同一物理量時，誤差的絕對值和符號以不可預(yù)定的方式變化，即某個誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，但就總體而言明顯遵從統(tǒng)計規(guī)律，一般呈現(xiàn)正態(tài)分布。

二、對多次測量求平均值減小誤差的錯誤理解

測量實驗數(shù)據(jù)時必然會出現(xiàn)隨機(jī)誤差，為了減小誤差往往采取多次測量求平均值的做法。但大多數(shù)作為初學(xué)者的中學(xué)生在實驗后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時卻不是對最終待求物理量求平均值，而是直接對測量物理量求平均值，這種錯誤的出現(xiàn)也是因為對誤差理論的不理解。

例如，在用紙帶測加速度的實驗中，時間間隔為T，測得物體在連續(xù)6個T內(nèi)所走的位移，記為s1至s6，加速度的計算公式為a=。中學(xué)生在處理實驗數(shù)據(jù)時經(jīng)常忽略最終結(jié)果是對三組加速度值求平均值，而是將分母寫成3，這也是由于在教學(xué)中忽視誤差分析理論所致。

三、不了解某些實驗中的誤差來源

多數(shù)中學(xué)物理實驗都設(shè)置了一些限定條件，如用單擺法測重力加速度時，擺角不能超過5°，擺線力求柔軟細(xì)長，在空氣中做此實驗時，擺球的密度要盡量選擇大些的；如在測摩擦力和機(jī)械效率等實驗中，要勻速拉彈簧秤；如做平拋物體運(yùn)動的實驗時，平拋物的速度應(yīng)當(dāng)大些，下落的時間要長些。中學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)中能準(zhǔn)確地熟記這些條件，但卻因并不清楚這些條件的設(shè)定是為了減少誤差，而在實驗過程中忽視這些實驗條件導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。學(xué)生若對誤差理論有一定的理解基礎(chǔ)，就能夠?qū)⒅\(yùn)用于實驗中，得到更好的實驗效果。

中學(xué)生在誤差理論知識上存在的弱點，會影響其對物理實驗結(jié)果的分析，因此教師要幫助學(xué)生掌握這部分知識，要把誤差分析貫徹到整個物理實驗過程中，并在各項實驗中具體貫徹，加強(qiáng)對學(xué)生在這方面能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

在實驗課的具體教學(xué)過程中，教師可從實驗的主要思想方法處指導(dǎo)學(xué)生理解誤差理論，如利用累積法減小測量誤差，利用控制變量法避免一些誤差，還可利用留跡法把瞬息即逝的現(xiàn)象記錄下來，以便在實驗后能準(zhǔn)確測量、比較從而減小誤差等。同時重視實驗數(shù)據(jù)的處理，使學(xué)生在學(xué)習(xí)利用算平均值、列表、作圖等方法處理實驗數(shù)據(jù)的過程中深入理解誤差分析理論。

物理實驗中關(guān)于誤差分析和數(shù)據(jù)處理是物理教學(xué)中的一項重要內(nèi)容，每個實驗都有不同的內(nèi)容和特點，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會領(lǐng)會誤差分析的思想，培養(yǎng)學(xué)生對實驗中各種誤差的分析、判斷和控制能力，提高學(xué)生的實驗技能和科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

李曉芬.中學(xué)物理實驗的誤差問題淺析.教學(xué)與管理，2010（7）.

（作者單位 華南師范大學(xué)）