知识概要
围绕实验的设计原理、误差控制、数据处理三个环节,都有它们自己的一些有普遍意义的方法,在中学阶段涉及的主要是以下一些方法:
1.设计实验原理
(1)控制变量法。如:在“验证牛顿第二定律的实验”中,加速度、力和质量的关系控制。在“研究单摆的周期”中,摆长、偏角和摆球质量的关系控制。
(2)近似替代法。用伏安法测电阻时,选择了合适的内外接方法,一般就忽略电表的非理想性。
(3)等效替代法。某些量不易测量,可以用较易测量的量替代,从而简化实验。在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中,两球碰撞后的速度不易直接测量,在将整个平抛时间定为时间单位后,速度的测量就转化为对水平位移的测量了。
(4)模拟法。当实验情景不易或根本无法创设时,可以用物理模型或数学模型等效的情景代替,尽管两个情景的本质可能根本不同。“描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。
(5)微小量放大法。微小量不易测量,勉强测量误差也较大,实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定万有引力恒量,采用光路放大了金属丝的微小扭转;在观察玻璃瓶受力后的微小形变时,使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。
2.控制实验误差
(1)多次测量法。多次测量法减小偶然误差,这是所有实验必须采取的办法,也是做实验应具有的基本思想。
(2)积累法。一些小量直接测量误差较大,可以累积起来测量,以减小误差。“用单摆测定重力加速度”的实验中,为了减小周期的测量误差,不是测量完成一次全振动的时间,而是测量完成30~50次全振动的时间。
3.数据处理
(1)逐差法。这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法,这种方法充分利用了测量数据,具有较好的取平均的效果。
(2)图象法。能从图象清楚看出物理量间的关系,在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,采用了这种方法得出电阻与温度有关的结论;可用图象法求物理量的值,在“测定电源电动势和内阻”的实验中用图象法来求E和 不仅有取平均的效果,还可以剔除个别有错误的测量数据。