第 1 部分回顾
1、介绍利用点状纸带计算加速度的方法。
2、各种方法的偏差分析。
3. 选择和丢弃奇数段数据的问题。
第 2 部分 认知错误
误差,简单地说就是测量某个物理量时,测量结果与真实值之间的偏差。
产生误差的原因有多种,如由于实验设计本身的缺陷而引起的误差,这种误差称为系统误差或理论误差。例如,用伏安法测电阻时,由于电流表和电压表的内阻未知,由它们引起的误差无法用计算的方法消除,这种误差就是理论误差。
测量时,由于一些微小的随机波动而产生的相互抵消的误差称为偶然误差或随机误差。例如,用毫米尺测量某一长度时,由于各种未知因素的影响,每次测量都会产生上下约0.5mm的误差。这种误差就是偶然误差。
由于误读或记录错误而导致的实验错误被称为严重误差。在初中,我们简单地把这种错误称为失误。
理论错误、偶然错误和过失错误是三种常见的错误类型。这里我们只做简单的介绍,并不做严格的定义。如果想准确理解错误的含义,需要阅读相关的专业书籍。限于篇幅打点纸带求加速度公式,这里就不展开了。
第 3 部分 点带的误差来源
1.理论错误物体拖动纸带的运动并不是严格的匀加速直线运动,所以所谓的加速度只能理解为平均加速度。在这个意义上,如果段数为奇数(比如5段),就必须用首末段的长度,否则就不是全过程的平均加速度,而是前几段(比如4段)或后几段(比如4段)的平均加速度。
文献中提到的第二个理论错误是节拍计的频率不稳定,导致时间测量出现误差。说实话,这个错误无法用任何方法消除,毕竟频率波动一般是不可知的。换句话说打点纸带求加速度公式,没有理由说任何计算加速度的方法都比其他方法更好。因此,我认为这个错误不需要讨论。
2、偶然误差由刻度读数引起的误差属于偶然误差,不仅存在每长度约0.5mm(最小刻度值的一半)的读数误差,而且也存在冲压出的点可能不完全在一条直线上的情况,这种误差是分析不同方法优劣的主要考虑因素。
3. 粗大误差 一次读数有误,导致某一长度的测量值与期望值有较大偏差。从做实验的角度,而不是做题的角度,我们应该剔除这组数据网校头条,或者在条件允许的情况下重新测量。关于剔除无效数据的方法,在误差理论中,常见的有肖维涅准则或者第3准则。可惜高中阶段不可能介绍这些方法。所以在用公式法计算加速度时,我们并没有剔除无效数据。
利用镜像法可以直观的剔除无效数据,即剔除那些明显偏离其他点所确定的直线的数据点,从这个角度来说,镜像法是解决粗大误差最有效的方法。
第四部分 错误分析
1、系统误差不需考虑打点频率不稳定带来的误差;测得的加速度为平均加速度。对于奇数数据段,应取首末两段数据;用差分法计算时,应去掉奇数段的中间一段,而不要去掉首末两段。
2. 随机误差 长度测量中的误差是比较各种计算方法优劣的一个重要因素,这就涉及到误差传递理论,我们将在下一期继续讨论。
3、对于有明显过失误差的数据,高中只能用图解法,各种公式法无法讨论此问题。因此,文献中提到的许多用差分法处理不良数据的讨论都是无效的。
下期预告:误差传播理论与各种公式方法的误差比较。