建立理想模型 提高测量精度

顾炳峰 相玉坤

摘 要：在估测大气压强实验中，“估测”必然带来较大的误差.因为测量的最终目的还是要尽可能接近真实值，所以教师也会带领学生分析“摩擦力”“空气未排干净”等因素导致的误差可能.由于量程问题，在实验室用弹簧测力计测量大气压力的过程中的确必须用较细的注射器（例如2.5mL规格）.选择细的注射器实验成功率较高，却带来了较大的误差.笔者通过实际测量数据分析，强调对该实验的改进应关注精度.

关键词：大气压强;理想模型;测量精度

文章编号：1008-4134（2019）22-0016 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

在苏科版物理教材八年级下第十章第三节“气体的压强”教学中，关于“估测大气压强”实验，相比人教版教材的实验设计——“吸盘法”（如图1所示），苏科版教材已经改进为通过水平拉动注射器来测量大气压强——“注射器法”（如图2所示）.两者原理相同，都是根据p=F/S，利用二力平衡的知识测量大气压力，“吸盘法”是在将吸盘拉脱的瞬间读数，“注射器法”是发现活塞开始拉动时读数.后者解决了前者读数困难的问题（前者弹簧测力计在运动过程中难以读数且示数保持时间短，后者读数时弹簧测力计是静止的，示数较稳定），又可以避免吸盘重力对实验的影响.然而“注射器法”实验中活塞与注射器之间存在摩擦，注射器内空气是否排干净，对测量结果也有影响.还有一个问题，就是实验室用的弹簧测力计量程有限，选用较粗还是较细的注射器，也是实验成功的关键.

4 反思与结论

反思1：“估测大气压强”实验中“估测”意味着可以有误差，没有必要非常精确.教师可以带领学生分析误差的主要原因有两点：一是注射器筒壁对活塞的摩擦;二是注射器内空气未排干净.倘若在一开始实验的环节，就要注意到这两个问题，其实就是失去了这个实验的意义.这个实验的目的就是快速地估测出大气压强的值.关于该实验中如何提高测量精度，在时间允许的情况再进行交流评估.

反思2：“估测”并不意味着我们可以不重视误差的大小.测量的目的就是要尽可能地接近真实值.我们往往希望通过改进实验器材和方法来减小误差.笔者通过上述的分析，发现采用更粗的注射器估测大气压强误差更小.

反思3：为什么教材中并未要求用“排水”的方法来排净注射器内的空气？因为注射器筒壁对活塞的摩擦会使测量值偏大，而注射器内的小孔内空气无法排干净会使测量值变小.这两个因素同时产生，恰恰能使“估测”误差更小.当然，这仅仅是快速“估测”前提下的巧合，在分析论证的时候，必须把这两个因素区分开.

结论：“估测大气压强”实验能让师生快速地“估测”大气压强的值，由于实验室内弹簧测力计量程有限，为了保证成功率，我们选用了更细的注射器（2.5mL规格），实验更加快速简便.然而，如果实验需要改进，那必定是以增加精度为目的，那就应该尽可能选择更粗的针筒（例如100mL规格）.测量需要提高成功率，但是并不能意味着要牺牲精度.教师改进实验应该兼顾成功率和精度，才更有利于教学.忽略次要因素，建立理想模型，是提高測量精度的最好方法.

同时，测量精度的提高也更有利于我们得出物理规律，例如“探究定滑轮工作时的特点”时，由于弹簧测力计的弹簧和秤钩都有一定的质量，弹簧测力计的示数会略小于绳子受到的实际拉力，解决这个问题的其中一个办法就是将实验中所提升的钩码质量取大一些，质量越大，弹簧测力计的示数就越接近绳子受到的实际拉力，就更容易得出定滑轮工作时的特点.再如苏科版教材“探究二力平衡的条件”实验中，为了忽略卡片自重的影响，我们选用轻质卡片，并增加钩码质量是实验成功的重要前提。忽略次要因素，建立理想模型这一思想方法经常应用于物理教学中，可以提高测量精度，便于得出物理规律，是研究问题的重要方法.

参考文献：

[1] 王息英.估测大气压强值的探究性实验研究[J].物理教师，2007（12）：30-31.

[2] 高静.对“估测大气压的值”实验的创新[J].物理教师，2015，36（08）：39+42.

[3] 苏灵平.精确地做“估测大气压值”实验[J].实验教学与仪器，2010，27（Z1）：68-69.

[4]朱文静.“估测大气压的值”实验的误差分析和改进[J].中学物理教学参考，2015，44（16）：95.

[5]毛海玲.对“估测大气压的值”实验的改进[J].物理教学，2014，36（07）：46-47.

（收稿日期：2019-06-23）