第 1 部分回顧
1、介紹利用點狀紙帶計算加速度的方法。
2、各種方法的偏差分析。
3. 選擇和丟棄奇數段數據的問題。
第 2 部分 認知錯誤
誤差,簡單地說就是測量某個物理量時,測量結果與真實值之間的偏差。
產生誤差的原因有多種,如由于實驗設計本身的缺陷而引起的誤差,這種誤差稱為系統誤差或理論誤差。例如,用伏安法測電阻時,由于電流表和電壓表的內阻未知,由它們引起的誤差無法用計算的方法消除,這種誤差就是理論誤差。
測量時,由于一些微小的隨機波動而產生的相互抵消的誤差稱為偶然誤差或隨機誤差。例如,用毫米尺測量某一長度時,由于各種未知因素的影響,每次測量都會產生上下約0.5mm的誤差。這種誤差就是偶然誤差。
由于誤讀或記錄錯誤而導致的實驗錯誤被稱為嚴??重誤差。在初中,我們簡單地把這種錯誤稱為失誤。
理論錯誤、偶然錯誤和過失錯誤是三種常見的錯誤類型。這里我們只做簡單的介紹,并不做嚴格的定義。如果想準確理解錯誤的含義,需要閱讀相關的專業書籍。限于篇幅打點紙帶求加速度公式,這里就不展開了。
第 3 部分 點帶的誤差來源
1.理論錯誤物體拖動紙帶的運動并不是嚴格的勻加速直線運動,所以所謂的加速度只能理解為平均加速度。在這個意義上,如果段數為奇數(比如5段),就必須用首末段的長度,否則就不是全過程的平均加速度,而是前幾段(比如4段)或后幾段(比如4段)的平均加速度。
文獻中提到的第二個理論錯誤是節拍計的頻率不穩定,導致時間測量出現誤差。說實話,這個錯誤無法用任何方法消除,畢竟頻率波動一般是不可知的。換句話說打點紙帶求加速度公式,沒有理由說任何計算加速度的方法都比其他方法更好。因此,我認為這個錯誤不需要討論。
2、偶然誤差由刻度讀數引起的誤差屬于偶然誤差,不僅存在每長度約0.5mm(最小刻度值的一半)的讀數誤差,而且也存在沖壓出的點可能不完全在一條直線上的情況,這種誤差是分析不同方法優劣的主要考慮因素。
3. 粗大誤差 一次讀數有誤,導致某一長度的測量值與期望值有較大偏差。從做實驗的角度,而不是做題的角度,我們應該剔除這組數據網校頭條,或者在條件允許的情況下重新測量。關于剔除無效數據的方法,在誤差理論中,常見的有肖維涅準則或者第3準則。可惜高中階段不可能介紹這些方法。所以在用公式法計算加速度時,我們并沒有剔除無效數據。
利用鏡像法可以直觀的剔除無效數據,即剔除那些明顯偏離其他點所確定的直線的數據點,從這個角度來說,鏡像法是解決粗大誤差最有效的方法。
第四部分 錯誤分析
1、系統誤差不需考慮打點頻率不穩定帶來的誤差;測得的加速度為平均加速度。對于奇數數據段,應取首末兩段數據;用差分法計算時,應去掉奇數段的中間一段,而不要去掉首末兩段。
2. 隨機誤差 長度測量中的誤差是比較各種計算方法優劣的一個重要因素,這就涉及到誤差傳遞理論,我們將在下一期繼續討論。
3、對于有明顯過失誤差的數據,高中只能用圖解法,各種公式法無法討論此問題。因此,文獻中提到的許多用差分法處理不良數據的討論都是無效的。
下期預告:誤差傳播理論與各種公式方法的誤差比較。