高中物理电学实验教学中等效法分析系统误差

摘 要：电学实验一直是高中物理学习的重点和难点，而其中的系统误差分析又是学生比较难攻克的难点之一。本文针对高中物理电学实验教学中系统误差分析的方法进行了归纳整理，找出等效法来克服这一难点的正确学习方法，为更好地解决类似的物理问题提出建议。

关键词：高中物理；电学实验；系统误差；等效法

一、 引言

众所周知，物理作为一门研究性的学科，一直以来都要依靠大小不同的实验来论证，只有通过实验论证的结论才能成为正确的理论。而电学实验是物理实验中十分重要的实验之一，也是物理课程中十分重要的一个章节，同时，由于电学普遍存在日常生活中，学好电学实验不仅能明白其中包含的物理学知识，还能在现实生活中得以运用。但是电学实验总是会存在误差分析，只有真正把握好误差分析的方法，才能将误差控制在合理范围内。

二、 误差的来源

高中物理电学实验中所产生的系统误差一般是由于实验设计上原理存在缺陷而导致的。比如电压表或者电流表存在内阻，所以，在测量电压或者电流时会产生一定的系统误差。误差存在有一定的必然性和偶然性，我们无法保证每一次电学实验都能够得到准确的、科学的数据。但是我们可以针对实验产生的系统误差来进行合理调节，争取把误差降到最低。

像电学实验中经常出现系统误差，一般比较固定，并不会随着实验次数的增加而发生变动。比如在做电学实验时，受到电压表和电流表内阻的影响，以及其他实验仪器的影响而导致结果存在误差。即便我们再多次进行同样的实验，电压表与电流表以及其他实验仪器并没有进行变动，所以我们的实验结果一般差别不大。所以正是由于系统误差这样的特点，我们在进行减小误差的时候，不能采用取平均值或者多次测量的方法。这些方法起不到任何作用，我们只能通过不断改善实验原理、实验仪器以及测量精确度的方法来减小系统误差。而偶然误差恰恰与系统误差相反，它是由于实验者或者实验仪器的偶然性不同造成的结果不同。

三、 系统误差常规分析方法

（一） 函数解析法

一般在进行系统误差分析时，可以采用欧姆定律先算出待测量的数值。然后我们可以分情况讨论，第一种是考虑电表内阻的情况，第二种是不考虑电表内阻的情况。通过比较电表内阻存在与不存在两种情况的区别来分析系统误差。一般来说，考虑电表内阻的这种情况我们可以得到比较真实的数值，不考虑电表内阻的情况一般得出的是需要再次进行考察的数值。

（二） 图像描点法

一般情况下，一个物理电学实验中会出现很多数据。通过将这些数据进行分类，可以得到不同类型的几组数据。实验中可以采用图像描点法来将这些数据进行整理分析，其实就是利用作图的方法来处理实验数据。还是需要考虑表内阻存不存在的两种情况，设置一个相应的坐标，将考虑电表内阻和不考虑电表内阻两种情况下的横、纵坐标大小关系进行比较。通过对坐标点的平移，找出测量图和真实图。也就是将考虑电表内阻情况下的数据图和不考虑电表内阻情况下的数据图进行比较。

四、 利用等效法分析系统误差

（一） 等效法

等效法在高中物理中出现的次数很多，很多实验都需要利用等效法来加以解决，比如，等效重力加速度的周期、计算复合场中的最高点的速度等，等效法最大的优势在于将一些需要复杂计算的问题简单化。在高考物理中，电学实验的系统误差分析题的分值很高。所以学生需要在日常的学习中学会如何解答误差分析题。系统误差分析也变成了学生最害怕做的一道题，因为在计算系统误差时会出现比较大的数值，而等效法则能够将这些較大的数值简化成比较简单的数。等效法的实质就是分析实际测量值等效结果与真实值之间的偏差。

（二） 示例

众所周知，电学实验中系统误差的出现来源于电流表和电压表的内阻，若不考虑电表的内阻，则这两种电路是完全一样的。根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir，两次测量的方程为：

若考虑电流表和电压表的内阻，对图甲所示电路应用闭合电路欧姆定律有：

如果我们用等效电源方法来讨论，就可以十分简单。

对于甲电路图等效电源，电动势E测=RVERV+r，内阻r测=RVrRV+r。

对于乙电路图等效电源，电动势E测=E，内阻r测=r+RA。

容易看出这里新电源的电动势E测和内阻r测，即为前面不考虑电表影响时利用图甲、乙电路得到的测量值E测和内阻r测。

五、 结论

在高中物理电学实验中，系统误差的一般是由于实验原理以及仪器造成的。而等效法的出现可以帮助学生在实验中更好地处理好实验中的误差，相比较其他几种方法，在系统误差分析时会更加方便。

参考文献：

[1]叶明.高中物理电学实验教学的意义及策略探究[J].新课程（下），2018（2）.

[2]帕尔依扎·阿尔滕.让实验走近学生——谈高中物理实验教学的改革[J].读天下，2016（18）.

[3]政建伟.让实验走近学生——谈高中物理实验教学的改革[J].才智，2015（22）.

[4]陈帅.让实验走近学生——谈高中物理实验教学的改革[J].中学时代，2014（21）.

作者简介：林晓钖，福建省龙岩市，福建省龙岩高级中学。