湖南省隆回縣萬和實(shí)驗(yàn)學(xué)校高中物理 實(shí)驗(yàn)講座 誤差和有效數(shù)字教學(xué)課件 新人教版必修1

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1、實(shí)驗(yàn)講座實(shí)驗(yàn)講座誤差和有效數(shù)字誤差和有效數(shù)字一、高考考試大綱中實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笠?、高考考試大綱中實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊?能獨(dú)立的完成知識(shí)列表中的實(shí)驗(yàn)?zāi)塥?dú)立的完成知識(shí)列表中的實(shí)驗(yàn), ,能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)苊鞔_實(shí)驗(yàn)?zāi)康哪康? ,能理解實(shí)驗(yàn)原理和方法能理解實(shí)驗(yàn)原理和方法, ,能控制實(shí)驗(yàn)條件能控制實(shí)驗(yàn)條件, ,會(huì)會(huì)使用儀器使用儀器, ,會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象, ,會(huì)記錄、處理實(shí)會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)數(shù)據(jù), ,并得出結(jié)論并得出結(jié)論, ,對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；能發(fā)對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題現(xiàn)問題、提出問題, ,并制定解決方案并制定解決方案; ;能運(yùn)用已學(xué)過能運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和

2、實(shí)驗(yàn)儀器去處理問題的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問題, ,包包括簡單的設(shè)計(jì)性括簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn). . 二、考試大綱對(duì)實(shí)驗(yàn)的說明二、考試大綱對(duì)實(shí)驗(yàn)的說明 1.1.要求會(huì)正確使用的儀器主要有要求會(huì)正確使用的儀器主要有: :刻度尺、游標(biāo)刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計(jì)時(shí)器或卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧秤、電流表、電壓表、多用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧秤、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱等電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱等. . 2. 2.要求認(rèn)識(shí)誤差問題在實(shí)驗(yàn)中的重要性要求認(rèn)識(shí)誤差問題在實(shí)驗(yàn)中的重要性, ,了解誤了解誤差的概念差的概念,

3、,知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差; ;知道用多次測知道用多次測量求平均值的方法減少偶然誤差量求平均值的方法減少偶然誤差; ;能在某些實(shí)驗(yàn)中分能在某些實(shí)驗(yàn)中分析誤差的主要來源析誤差的主要來源; ;不要求計(jì)算誤差不要求計(jì)算誤差. . 3. 3.要求知道有效數(shù)字的概念要求知道有效數(shù)字的概念, ,會(huì)用有效數(shù)字表達(dá)會(huì)用有效數(shù)字表達(dá)直接測量的結(jié)果直接測量的結(jié)果. .間接測量的有效數(shù)字運(yùn)算不做要求間接測量的有效數(shù)字運(yùn)算不做要求. .三、誤差三、誤差1、誤差的定義及分類、誤差的定義及分類 測量值與真實(shí)值的差異叫做誤差測量值與真實(shí)值的差異叫做誤差 。 物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)離不開對(duì)物理量的離不開對(duì)物理量

4、的測量測量，測量有直接的，也，測量有直接的，也有間接的。由于儀器、實(shí)驗(yàn)條件、環(huán)境等因素的限制，測有間接的。由于儀器、實(shí)驗(yàn)條件、環(huán)境等因素的限制，測量不可能無限精確，物理量的測量值與客觀存在的真實(shí)值量不可能無限精確，物理量的測量值與客觀存在的真實(shí)值之間總會(huì)存在著一定的差異，這種差異就是測量誤差。之間總會(huì)存在著一定的差異，這種差異就是測量誤差。 誤差與錯(cuò)誤不同，錯(cuò)誤是應(yīng)該而且可以避免的，而誤誤差與錯(cuò)誤不同，錯(cuò)誤是應(yīng)該而且可以避免的，而誤差是不可能絕對(duì)避免的。從實(shí)驗(yàn)的原理，實(shí)驗(yàn)所用的儀器差是不可能絕對(duì)避免的。從實(shí)驗(yàn)的原理，實(shí)驗(yàn)所用的儀器及儀器的調(diào)整，到對(duì)物理量的每次測量，都不可避免地存及儀器的調(diào)整，

5、到對(duì)物理量的每次測量，都不可避免地存在誤差，并貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)始終。在誤差，并貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)始終。 測量時(shí)，由于各種因素會(huì)造成少許的誤差，這些因素測量時(shí)，由于各種因素會(huì)造成少許的誤差，這些因素必須去了解，并有效的解決，方可使整個(gè)測量過程必須去了解，并有效的解決，方可使整個(gè)測量過程中中誤差誤差減至最少。減至最少。 誤差根據(jù)產(chǎn)生的原因及性質(zhì)可分為誤差根據(jù)產(chǎn)生的原因及性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差與與偶然誤差偶然誤差兩兩類。類。 三、誤差三、誤差 2.2.系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因及特點(diǎn) (1)(1)來源來源: :一是實(shí)驗(yàn)原理不夠完善一是實(shí)驗(yàn)原理不夠完善; ;二是實(shí)驗(yàn)儀器二是實(shí)驗(yàn)儀器不夠精

6、確不夠精確; ;三是實(shí)驗(yàn)方法粗略三是實(shí)驗(yàn)方法粗略. .例如例如, ,在驗(yàn)證力的平行在驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)中四邊形定則實(shí)驗(yàn)中, ,彈簧測力計(jì)的零點(diǎn)未校準(zhǔn)彈簧測力計(jì)的零點(diǎn)未校準(zhǔn); ;在驗(yàn)在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中, ,用砂和砂桶的重力代替對(duì)用砂和砂桶的重力代替對(duì)小車的拉力等小車的拉力等. . (2) (2)基本特點(diǎn)基本特點(diǎn): :實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值的偏差總是偏大實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值的偏差總是偏大或偏或偏小小. . (3) (3)減小方法減小方法: :改善實(shí)驗(yàn)原理改善實(shí)驗(yàn)原理; ;提高實(shí)驗(yàn)儀器的測提高實(shí)驗(yàn)儀器的測量精確度量精確度; ;設(shè)計(jì)更精巧的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)更精巧的實(shí)驗(yàn)方法. .

7、 3.3.偶然誤差產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)偶然誤差產(chǎn)生的原因及特點(diǎn) (1)(1)來源來源: :偶然誤差是由于各種偶然因素對(duì)實(shí)偶然誤差是由于各種偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)者和實(shí)驗(yàn)儀器的影響而產(chǎn)生的驗(yàn)者和實(shí)驗(yàn)儀器的影響而產(chǎn)生的. .例如例如, ,用刻度用刻度尺多次測量長度時(shí)估讀值的差異尺多次測量長度時(shí)估讀值的差異; ;電源電壓的波電源電壓的波動(dòng)引起的測量值微小變化動(dòng)引起的測量值微小變化. . (2) (2)基本特點(diǎn)基本特點(diǎn): :多次重復(fù)同一測量時(shí)多次重復(fù)同一測量時(shí), ,偶然誤偶然誤差有時(shí)偏大差有時(shí)偏大, ,有時(shí)偏小有時(shí)偏小, ,且偏大和偏小的機(jī)會(huì)比且偏大和偏小的機(jī)會(huì)比較接近較接近. . (3) (3)減小方法減小方法

8、: :多次測量取平均值可以減小多次測量取平均值可以減小偶偶然誤差然誤差. . 4.4.絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差 從分析數(shù)據(jù)看從分析數(shù)據(jù)看, ,誤差分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差誤差分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差. . 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差: :絕對(duì)誤差是測量值與真實(shí)值之差絕對(duì)誤差是測量值與真實(shí)值之差, ,即即絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差=|=|測量值測量值- -真實(shí)值真實(shí)值|.|.它反映了測量值偏離真它反映了測量值偏離真實(shí)值的大小實(shí)值的大小. . 相對(duì)誤差相對(duì)誤差: :相對(duì)誤差等于絕對(duì)誤差與真實(shí)值之比相對(duì)誤差等于絕對(duì)誤差與真實(shí)值之比, ,常用百分?jǐn)?shù)表示常用百分?jǐn)?shù)表示, ,即相對(duì)誤差即相對(duì)誤差= = 100%.10

9、0%.它反它反映了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確程度映了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確程度. . 對(duì)于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)值的評(píng)價(jià)對(duì)于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)值的評(píng)價(jià), ,必須考慮相對(duì)誤差必須考慮相對(duì)誤差, ,絕絕對(duì)誤差大者對(duì)誤差大者, ,其相對(duì)誤差不一定大其相對(duì)誤差不一定大. .真實(shí)值絕對(duì)誤差四、有效數(shù)字四、有效數(shù)字 1.1.帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫做有效數(shù)字帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫做有效數(shù)字. . 2. 2.有效數(shù)字的位數(shù)有效數(shù)字的位數(shù): :從左側(cè)第一個(gè)不為零的數(shù)字從左側(cè)第一個(gè)不為零的數(shù)字起到最末一位數(shù)字止起到最末一位數(shù)字止, ,共有幾個(gè)數(shù)字共有幾個(gè)數(shù)字, ,就是幾位有效就是幾位有效數(shù)字?jǐn)?shù)字. . 例例:0.092 3:0.092 3、

10、0.092 300.092 30、2.014 02.014 0有效數(shù)字的位有效數(shù)字的位數(shù)依次為數(shù)依次為3 3位、位、4 4位和位和5 5位位. . 3. 3.科學(xué)記數(shù)法科學(xué)記數(shù)法: :大的數(shù)字大的數(shù)字, ,如如36 500,36 500,如果第如果第3 3位位數(shù)數(shù)5 5已不可靠時(shí)已不可靠時(shí), ,應(yīng)記作應(yīng)記作3.653.6510104 4; ;如果是在第如果是在第4 4位位數(shù)不可靠時(shí)數(shù)不可靠時(shí), ,應(yīng)記作應(yīng)記作3.6503.65010104 4. .五、測量儀器的讀數(shù)五、測量儀器的讀數(shù) 各種測量儀器最終的讀數(shù)都要以有效數(shù)字的形各種測量儀器最終的讀數(shù)都要以有效數(shù)字的形式給出式給出, ,每個(gè)有效數(shù)字

11、的最后一位數(shù)字為估讀數(shù)字每個(gè)有效數(shù)字的最后一位數(shù)字為估讀數(shù)字, ,此數(shù)字和誤差所在位置一致此數(shù)字和誤差所在位置一致. .為此為此, ,讀數(shù)時(shí)要知道所讀數(shù)時(shí)要知道所用測量儀器的精確度用測量儀器的精確度, ,知道哪些儀器不需要估讀知道哪些儀器不需要估讀, ,哪哪些儀器需要估讀些儀器需要估讀, ,及估讀到的位數(shù)及估讀到的位數(shù). . 1. 1.不需要估讀的儀器不需要估讀的儀器 (1)(1)游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺: :由于游標(biāo)卡尺是相差讀數(shù)由于游標(biāo)卡尺是相差讀數(shù), ,游標(biāo)游標(biāo)尺上每一小格與主尺上每一小格的差值即為精確度尺上每一小格與主尺上每一小格的差值即為精確度, ,所以游標(biāo)卡尺不需要估讀所以游標(biāo)卡尺不需要估

12、讀. . (2)(2)機(jī)械秒表機(jī)械秒表: :因?yàn)闄C(jī)械秒表采用齒輪傳因?yàn)闄C(jī)械秒表采用齒輪傳動(dòng)動(dòng), ,指針指針不會(huì)停留在兩小格之間不會(huì)停留在兩小格之間, ,所以不能估讀出比所以不能估讀出比0.1 s0.1 s更短的時(shí)間更短的時(shí)間, ,即機(jī)械秒表不需要估讀即機(jī)械秒表不需要估讀. . (3) (3)歐姆表歐姆表: :由于歐姆表的刻度不均勻由于歐姆表的刻度不均勻, ,只只作為粗測電阻用作為粗測電阻用, ,所以歐姆表不需要估讀所以歐姆表不需要估讀. . (4) (4)電阻箱電阻箱: :能直接讀出接入電阻大小的變能直接讀出接入電阻大小的變阻器阻器, ,但它不能連續(xù)變化但它不能連續(xù)變化, ,不能讀出比最小分不

13、能讀出比最小分度小的數(shù)值度小的數(shù)值, ,所以電阻箱不需要估讀所以電阻箱不需要估讀. . 2. 2.需要估讀的儀器需要估讀的儀器 在常用的測量儀器中在常用的測量儀器中, ,刻度尺、螺旋測微器、刻度尺、螺旋測微器、電流表、電壓表、天平、彈簧秤等讀數(shù)時(shí)都需要電流表、電壓表、天平、彈簧秤等讀數(shù)時(shí)都需要估讀估讀. . 估讀的一般原則估讀的一般原則: : (1) (1)最小刻度是最小刻度是1(1(包括包括0.10.1、0.01)0.01)的儀器要的儀器要估讀到最小刻度的下一位，即采用估讀到最小刻度的下一位，即采用1/101/10估讀估讀, ,如如刻度尺、螺旋測微器、安培表刻度尺、螺旋測微器、安培表0 03

14、 A3 A擋、電壓擋、電壓表表0 03 V3 V擋等擋等. . 實(shí)驗(yàn)中測量金屬絲的長度時(shí)，刻度尺的示數(shù)分別如圖所示，則金屬絲長度的測量值L= CM。 cm060 (2)(2)最小刻度是最小刻度是2(2(包括包括0.20.2、0.02)0.02)的儀器的儀器, ,誤差出誤差出現(xiàn)在本位上現(xiàn)在本位上, ,采用半刻度采用半刻度(1/2(1/2刻度刻度) )估讀估讀, ,讀數(shù)時(shí)靠近讀數(shù)時(shí)靠近某一刻度讀此刻度值某一刻度讀此刻度值, ,靠近刻度中間讀一半靠近刻度中間讀一半, ,即所謂即所謂的指針的指針“靠邊讀邊靠邊讀邊, ,靠中間讀一半靠中間讀一半”, ,如電流表量程如電流表量程0.6 A,0.6 A,最小刻度為最小刻度為0.02 A,0.02 A,誤差出現(xiàn)在誤差出現(xiàn)在0.01 A0.01 A位位, ,不不能讀到下一位能讀到下一位. . (3) (3)最小刻度是最小刻度是5(5(包括包括0.50.5、0.05)0.05)的儀器的儀器, ,誤差出誤差出現(xiàn)在本位上現(xiàn)在本位上, ,采用采用1/51/5估讀估讀, ,如電壓表如電壓表0 015 V15 V擋擋, ,最小最小刻度是刻度是0.5 V,0.5 V,誤差出現(xiàn)在誤差出現(xiàn)在0.1 V0.1 V位位, ,不能讀到下一位不能讀到下一位. .圖圖 1圖圖 2圖圖 3