知識概要
圍繞實驗的設(shè)計原理、誤差控制、數(shù)據(jù)處理三個環(huán)節(jié),都有它們自己的一些有普遍意義的方法,在中學(xué)階段涉及的主要是以下一些方法:
1.設(shè)計實驗原理
(1)控制變量法。如:在“驗證牛頓第二定律的實驗”中,加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系控制。在“研究單擺的周期”中,擺長、偏角和擺球質(zhì)量的關(guān)系控制。
(2)近似替代法。用伏安法測電阻時,選擇了合適的內(nèi)外接方法,一般就忽略電表的非理想性。
(3)等效替代法。某些量不易測量,可以用較易測量的量替代,從而簡化實驗。在“驗證碰撞中的動量守恒”的實驗中,兩球碰撞后的速度不易直接測量,在將整個平拋時間定為時間單位后,速度的測量就轉(zhuǎn)化為對水平位移的測量了。
(4)模擬法。當(dāng)實驗情景不易或根本無法創(chuàng)設(shè)時,可以用物理模型或數(shù)學(xué)模型等效的情景代替,盡管兩個情景的本質(zhì)可能根本不同。“描繪電場中的等勢線”的實驗就是用電流場模擬靜電場。
(5)微小量放大法。微小量不易測量,勉強測量誤差也較大,實驗時常采用各種方法加以放大。卡文迪許測定萬有引力恒量,采用光路放大了金屬絲的微小扭轉(zhuǎn);在觀察玻璃瓶受力后的微小形變時,使液體沿細(xì)玻璃管上升來放大瓶內(nèi)液面的上升。
2.控制實驗誤差
(1)多次測量法。多次測量法減小偶然誤差,這是所有實驗必須采取的辦法,也是做實驗應(yīng)具有的基本思想。
(2)積累法。一些小量直接測量誤差較大,可以累積起來測量,以減小誤差。“用單擺測定重力加速度”的實驗中,為了減小周期的測量誤差,不是測量完成一次全振動的時間,而是測量完成30~50次全振動的時間。
3.?dāng)?shù)據(jù)處理
(1)逐差法。這就是用打點計時器打出的紙帶計算加速度時用到的方法,這種方法充分利用了測量數(shù)據(jù),具有較好的取平均的效果。
(2)圖象法。能從圖象清楚看出物理量間的關(guān)系,在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中,采用了這種方法得出電阻與溫度有關(guān)的結(jié)論;可用圖象法求物理量的值,在“測定電源電動勢和內(nèi)阻”的實驗中用圖象法來求E和 不僅有取平均的效果,還可以剔除個別有錯誤的測量數(shù)據(jù)。
