摘要：在化學(xué)實驗中，因為儀器本身不夠精密或?qū)嶒炘聿唤∪驅(qū)嶒灧绞胶喡运鶎?dǎo)致的實驗偏差稱作系統(tǒng)偏差。我們要通過剖析系統(tǒng)偏差的來源和系統(tǒng)偏差的檢驗方式，提出限制和清除系統(tǒng)偏差的方式,為優(yōu)化檢測方式和提升檢測精度奠定了良好基礎(chǔ),著力提升化學(xué)實驗療效。本文以《普通中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書數(shù)學(xué)必修3—1》中《測定電瓶的電動勢和電阻》一課為例，剖析了實驗的系統(tǒng)偏差，并用幾種方式詳盡剖析了偏差結(jié)果，并與真實情況進行比較，得出推論。電源電動勢和電阻不能直接進行檢測，但電源接在電路中，路端電壓和電壓與電動勢和電阻可以通過閉合電路的歐姆定理構(gòu)建聯(lián)系物理實驗誤差范圍，按照閉合電路歐姆定理，路端電流Ir，改變外內(nèi)阻R，測得多組U、I，代入公式可求得多數(shù)值，取其平均值作為電瓶電動勢和內(nèi)內(nèi)阻。實驗一般有兩種可供選擇的電路，如圖1、圖2所示：在公式E是指電源兩端的路端電壓，I指流經(jīng)電源的總電壓。假如實驗采用的是圖1所示的電路圖，可以看見電流表測的是電源兩端的路端電流，因為電流表的分流作用致使電壓表顯示的示數(shù)并不是流經(jīng)電源的總電壓，因而采用此法測電源電動勢和電阻，實驗存在系統(tǒng)偏差。假如實驗采用的是圖2示的電路圖，可以見到因為電壓表的分壓作用致使電流表測的不是電源兩端的路端電流，電壓表顯示的示數(shù)是流經(jīng)電源的總電壓，因而采用此法測電源電動勢和電阻，實驗也存在系統(tǒng)偏差。
本文對該實驗的兩種不同接法談三種偏差剖析的方理論推論法設(shè)電動勢真實值為E真，檢測值為E測，電阻真實值為r真，檢測值為培表電阻為RA，伏特表電阻為Rv。安培表示數(shù)為I，伏特表示數(shù)為U。如圖1所示接法，則有：如圖2所示接法，則有：圖象比較法對該實驗的數(shù)據(jù)處理時，為了減少結(jié)果的偏差，可以使用圖象法來處理，這些技巧更簡便、直觀。依據(jù)分別是電瓶的電動勢和電阻，對于一個電板來說是常量，而對不同的幾次檢測來說，U各不相同，是變量。所以上式可以看做一個一次函數(shù)的表達式，它的U圖象是一條直線。從圖象上得到：當(dāng)I值即為電源電動勢E的值，直線的斜率為電源的電阻r。如圖1所示接法，因為電流表分流IV，使電壓表示數(shù)I測大于電源的輸出電（RV為電流表電阻），趨向零時，IV也趨向零，此時I越大，IV越大，I測的差值就越大。所以它們的關(guān)系可用圖3表示，檢測圖線為AB，真實圖線為A如圖2所示接法，由于電壓表的分壓作用，使電流表示數(shù)U測大于電源的路端電流U真。由于U真=U測+UA，而UA=IRA(RA為電壓表的電阻),I很小趨向零時，UA也漸趨I減小，UA也減小，U真與U測的差值U就越大。理論值與檢測值的差別如圖4所示。
由圖可知：中電源與電流表的并聯(lián)電路看作等效電路的內(nèi)電路，如圖5中實線框內(nèi)所示，電源與電流表的并聯(lián)看作等效電路的電源，電流表測的是等效電路電源兩端的路端電流，電壓表測的是等效電路電源的電壓。電源電動勢即電路斷路時的路端電流，把實線框內(nèi)的電路作為一個整體與外電路斷掉，電流表的示數(shù)就等于該等效電源與外電路斷掉時的路端電流，即等效電源電動勢的檢測值。該等效電源的內(nèi)內(nèi)阻等于電流表的阻值中電源與電壓表的串聯(lián)看作等效電路的內(nèi)電路，如圖6中實線框內(nèi)所示，電源與電壓表的串聯(lián)看作等效電路的電源，電流表測的是等效電路電源兩端的路端電流，電壓表測的是等效電路電源的電壓。電源電動勢即電路斷路時的路端電流，把實線框內(nèi)的電路作為一個整體與外電路斷掉物理實驗誤差范圍，實線框兩端的電流就是這些檢測方式其實測電源的電動勢和電阻都有一定偏差，而且，通常實驗室使用的電流表電阻都較大，使電源電動勢和電阻的檢測偏差都比較小。因干電瓶的內(nèi)內(nèi)阻與電壓表的內(nèi)內(nèi)阻很接近，用圖2這些方式檢測的干電瓶的內(nèi)內(nèi)阻偏差很大，因而，在實驗中并不選用圖2電路。除非在已知電壓表電阻值的情況下，我們可以通過的方式進一步估算出電源電阻的真實值。從以上剖析可以看出，理論推論法較為繁雜，圖像剖析法和等效電路法較為簡練、直觀，在講課時可以用這兩種方式。
若采用了圖1的方式進行實驗，實驗的系統(tǒng)偏差還是不可防止，系統(tǒng)偏差來始于電流表的分流作用，為減少該偏差，須要降低電流表的分流。降低電流表分流的方式有兩方面，一是選定電阻范圍小的滑動變阻器，因為選用了電阻范圍小的滑動變阻器，所以回路中的電壓較大，因此，還須要滑動變阻器的額定電壓較大。二是在滿足阻值要求的前提下選定電阻較大的電流表。此文于2009年11月獲上海市化學(xué)學(xué)會優(yōu)秀論文評選三等獎。