物理学是一门实验科学,几乎所有的物理定律都来自物理实验,并不断被新的物理实验所检验。因此,学习物理实验是每一个对物理感兴趣的学生的必修课。正因如此,物理实验在物理竞赛中也占有重要的地位,无论是全国物理竞赛还是国际物理奥林匹克竞赛,实验内容占比都达到30%-50%。
1. 实验基本知识
〔一〕实验误差的概念
1、为什么要讨论测量误差?任何物质都有其自身的各种特性,反映这些特性的量的客观真实的值就叫做真值。测量的目的的确是为了力求得真值。但是由于测量方法、仪器、环境以及测量者本身必然存在一些不良条件,测量不可能无限准确。在大多数情况下,测量结果与客观真值之间总是存在一定的差距,这的确就是测量误差。测量误差的大小反映了我们的测量偏离客观真值的大小,反映了测量结果的可信度。
从某种意义上来说,没有给出测量误差的测量结果是没有意义的,是无法使用的。
测得某合金的密度为〔3.23310)2.0m kg⨯±,即该合金的密度不能小于
33100.3m kg⨯,但不大于33104.3m kg⨯。如果用此合金制造飞机,可以估算出飞机的最大和最小重量。相反高中物理竞赛 实验,如果测量密度而没有误差范围,则没有实际意义。
测量误差是反映测量结果质量的物理量,它与实验的各个环节息息相关。比如,要根据测量误差的限度制定实验方案,即确定实验原理和步骤,选择实验设备等。在实验操作过程中,要千方百计地减小误差,最后通过对实验数据的处理,确定实验结果的误差。可见物理资源网,考虑实验误差是贯穿整个实验过程的一件事情。
2. 实验误差的分类
〔1〕绝对误差与相对误差 误差按其表现形式可分为绝对误差和相对误差。
1〕绝对误差:测量值与真值之差的绝对值叫绝对误差,其定义为:
绝对误差〔∆〕=)()(A×真值测量值-
绝对误差反映测量值与真实值的偏离程度。
2〕相对误差:绝对误差并不能说明测量的质量,例如测量从上海到北京的距离高中物理竞赛 实验,如果绝对误差为1米,则测量质量很高;但如果测量100米的跑道,出现1米的误差,则测量质量很高。
为了解释测量的质量,我们需要引入相对误差的概念,其定义为:相对误差[E] = 绝对误差[∆] ÷ 真值[A] 相对误差通常以百分比形式表示:
0⨯∆=AE〔2〕系统误差与偶然误差 根据误差的性质和产生的原因,误差可分为系统误差与偶然误差。