中学生在物理实验中的误差理解误区

王南楠 陈浩

摘 要：误差分析与数据处理是物理实验中的一个重要环节，而在中学物理实验中这部分知识涉及不多，因此中学生对物理实验中的误差理论存在一些理解误区，针对中学生存在的误区应认真分析。

关键词：误差；理解；误区

物理实验是物理研究和学习的重要方法之一，误差分析与数据处理是物理实验中的一个重要环节。大学物理实验比较重视误差分析，而中学物理实验由于相对比较简单，中学实验仪器的精确度不高等各种原因，对实验的误差分析并不重视。

新的课程标准提出，中学物理实验的目的是培养学生的基本实验能力，熟悉和掌握基本测量及基本仪器的正确使用，学会科学探究的方法。参照近几年全国的高中物理考试大纲，可了解中学物理对学生的考查主要集中在几个方面：基本仪器的使用，实验的实际操作，设计型实验。而实验数据的处理方法在试题中也逐年体现。因此，在中学物理实验中重视误差分析，判断实验结果，解决实验过程中出现的问题等都有积极意义。

中学生对误差理论理解的误区有以下几个方面：

一、不清楚系统误差与随机误差的区别

在实验中，误差是不可避免的，实验中的测量误差主要来自偶然误差和系统误差。对偶然误差是有一套较严谨的理论和方法的，但系统误差却没有很固定的理论和方法，往往要根据具体情况进行分析处理，能否处理得好，在很大程度上取决于实验者的学识和经验，初学者则不易掌握。系统误差具有确定性，在相同条件下，多次测量同一物理量时，系统误差的绝对值和符号保持恒定；条件改变时，系统误差也按确定的规律变化，影响系统误差的条件一经确定，误差也随之确定。偶然误差具有随机性，在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化，即某个误差的出现是随机的，但就总体而言明显遵从统计规律，一般呈现正态分布。

二、对多次测量求平均值减小误差的错误理解

测量实验数据时必然会出现随机误差，为了减小误差往往采取多次测量求平均值的做法。但大多数作为初学者的中学生在实验后进行数据处理时却不是对最终待求物理量求平均值，而是直接对测量物理量求平均值，这种错误的出现也是因为对误差理论的不理解。

例如，在用纸带测加速度的实验中，时间间隔为T，测得物体在连续6个T内所走的位移，记为s1至s6，加速度的计算公式为a=。中学生在处理实验数据时经常忽略最终结果是对三组加速度值求平均值，而是将分母写成3，这也是由于在教学中忽视误差分析理论所致。

三、不了解某些实验中的误差来源

多数中学物理实验都设置了一些限定条件，如用单摆法测重力加速度时，摆角不能超过5°，摆线力求柔软细长，在空气中做此实验时，摆球的密度要尽量选择大些的；如在测摩擦力和机械效率等实验中，要匀速拉弹簧秤；如做平抛物体运动的实验时，平抛物的速度应当大些，下落的时间要长些。中学生在实验学习中能准确地熟记这些条件，但却因并不清楚这些条件的设定是为了减少误差，而在实验过程中忽视这些实验条件导致实验数据不够准确。学生若对误差理论有一定的理解基础，就能够将之运用于实验中，得到更好的实验效果。

中学生在误差理论知识上存在的弱点，会影响其对物理实验结果的分析，因此教师要帮助学生掌握这部分知识，要把误差分析贯彻到整个物理实验过程中，并在各项实验中具体贯彻，加强对学生在这方面能力的训练和培养。

在实验课的具体教学过程中，教师可从实验的主要思想方法处指导学生理解误差理论，如利用累积法减小测量误差，利用控制变量法避免一些误差，还可利用留迹法把瞬息即逝的现象记录下来，以便在实验后能准确测量、比较从而减小误差等。同时重视实验数据的处理，使学生在学习利用算平均值、列表、作图等方法处理实验数据的过程中深入理解误差分析理论。

物理实验中关于误差分析和数据处理是物理教学中的一项重要内容，每个实验都有不同的内容和特点，教师应引导学生学会领会误差分析的思想，培养学生对实验中各种误差的分析、判断和控制能力，提高学生的实验技能和科学素养。

参考文献：

李晓芬.中学物理实验的误差问题浅析.教学与管理，2010（7）.

（作者单位 华南师范大学）