在初中物理实验教学中要注重培养学生的误差意识

     误差是指测量值与真实值之间的差异。它是一切测量活动中都普遍存在的现象。了解一些测量的初步知识，是培养学生综合素质的重要内容。因此，尽量减小测量中的误差，不仅是在科学研究、工农业生产、日常生活中要解决的问题，也是在学生实验探究中要注重培养的问题。当然，对不同的测量对象，误差的要求也不同。对于初中学生，教师主要是要使学生具有减小误差的意识，了解减小误差的主要方法，培养学生解决实际问题的能力。
从产生误差的来源上看，它分为系统误差和偶然误差（或随机误差）。系统误差主要产生于测量工具的本身及测量原理、方法、步骤等因素，其特点是：在相同的测量条件下，各个测量值比真实值都偏大或都偏小；偶然误差主要产生于实验条件及环境因素的变化，其特点是：测量原理及方法相同时，各次测量值较真实值偏大和偏小的几率相同。
在初中物理实验中，减小偶然误差的主要方法是“多次测量取其平均值”，而减小系统误差就要分析不同的产生原因采取相应的办法了。
一、仪器误差：由测量工具本身的原因产生的误差，主要有：
1、示数误差：由于测量工具本身的最小分度值较大或示数不准确、刻度不均匀等而产生误差。
2、机构误差：由于测量工具的设计、制造等没有达到理想的要求而产生的误差。如天平的两臂不相等；电流表本身的电阻不为零；电压表本身的电阻不等于无穷大等。
3、零位误差：测量前需要调零的工具未调零。如弹簧测力计、电流表、电压表等使用前都应调零。
二、安装误差：是由于测量工具的安装和使用不正确而产生的误差。如用托里拆利实验装置测量大气压时，玻璃管内进入了少量空气；用温度计测量液体温度时，温度计的玻璃泡接触了容器壁；用电流表测量电流或用电压表测量电压时，选择的量程过大等。
三、环境误差：由于测量工具使用的环境条件与使用时规定的条件不相符而产生的误差。如测量电阻时温度对电阻的影响等。
四、方法误差：由于测量的方法步骤或计算的方法不当而产生的误差。如用伏安法测电阻，电流表的内接法或外接法产生误差；测量固体和液体密度时，测量质量和体积的方法不当产生误差等。
五、操作误差：由于观察者先天缺陷或观察位置不对而产生的误差（也称人为误差）。如读温度计示数时，视线没有与液面平齐或示数还没有稳定就读数等。
    误差理论是比较复杂的理论体系，对于初中学生没有必要系统掌握，但作为物理教师就必须具备有关的知识了，并且在实验教学中，教师应有意识地引导学生：让学生有减小误差的意识；在测量活动中了解误差的产生的主要原因；能在现有的实验条件下，知道减小这些误差的主要方法。
案例：“测量液体和固体的密度”
一、测量液体密度：
 1、测量原理：ρ=m/v
2、实验步骤：将天平放置在水平台上后调节天平平衡（游码要移到天平横梁标尺的零刻度线处）；再把装有一定量的待测液体的烧杯放在天平左盘，测出其总质量m1；将烧杯中的待测液体倒入一部分至量筒中，测出烧杯和剩余液体的总质量m2;读出量筒中的液体体积v.
3、液体密度计算表达式：ρ=（m1 –m2）/v
4、系统误差简析：
本实验中的测量工具分别有“天平”和“量筒”。由于测量工具本身的原因而产生的误差如“示数误差”、“机构误差”、“零位误差”在本实验中都有可能存在。在实验中教师主要应强调：
○1、使用天平前先要将天平放在水平台上，再将游码移到横梁标尺的零刻度线处，最后要调节天平横梁平衡。例如：如果在使用前没有将游码移到横梁标尺的零刻度线处，会使测量值比真实值偏大。
○2、使用天平时，被测物体放在天平的左盘，砝码放在天平的右盘。如果放置错误可能会使测量值偏小。
本实验容易引起的“方法误差”主要是测量的设计。合理的方法如前所述，否则会产生如下结果：
○1、如果先测量空烧杯质量，再测液体和烧杯总质量，最后将烧杯中的液体全部注入到量筒中测液体体积。此方案因烧杯中总会附着有少量的液体而使测出的体积偏小，液体密度的计算结果偏大。
○2、如果测出空烧杯质量后，先在量筒中测出液体体积，再将量筒中的液体全部注入烧杯中测液体和烧杯总质量，会由于量筒中总会附着有少量的液体，会使所测液体的质量偏小，由公式计算出的液体密偏小。
本实验容易产生的“操作误差”也是要特别注意的：
○1、读天平示数时应将天平右盘中的砝码质量加上游码所对刻度值，否则质量读数偏小；读取游码示数时，视线要以游码左侧边为准，不能以游码右侧边为准读数，否则会使读数偏大。
 ○2、读量筒中液体体积时，必须先观察清楚量筒上的分度值，即每大格和每小格表示的数值；注入被测液体后要将量筒放在水平台上；视线要与液体表面平齐，如果是凸形液面，视线与液面顶部平齐，如果是凹形液面，视线与液面底部平齐。上述操作如有不当，会使所测体积偏大或偏小。
二、测量固体的密度：
本实验原理及容易产生系统误差的原因与测量液体密度基本相同，在此不再重复，但“方法误差”方面，根据被测固体的不同特点，也应合理设计相应的不同测量方法，现就此作一简要分析。
测量固体体积通常采用“排水法”。其原理是：当物体浸没在水中时，物体排开的水的体积等于物体的体积，即：V排=V物。在实际测量中，可能出现的情况主要有：
1、被测物体密度小于水的密度时，物体放入水中后会漂浮在水面上，此时 V排＜V物 。对此可设计为：找一个适当大小的金属块，先用排水法测出该金属块的体积；再用细线把金属块和被测固体连在一起，再用排水法测出它们的总体积，最后计算出被测固体体积。当然也可把水换成密度较小的其它液体。
2、被测物体具有明显的吸水性。物体因吸水而使物体被测体积偏小。我在实验中让学生讨论其测量方法，学生提出了多种设计方案：如在物体表面涂上一层胶水；测量物体体积之前先将物体浸入到水中“吸饱”等等。
3、被测物体会溶解于水或与水发生化学反应。如测量“巧克力”的密度时，巧克力会溶解于水；测量金属钠的密度时，钠会与水发生化学反应。上述情况下就要根据物质的不同化学性质和物理性质，选择适当的液体或用其它方法测量物体体积，如可以把钠块浸入到煤油中测量体积。
上述一些特殊情况就需要一些特殊的测量方法，否则，不仅产生的“方法误差”较大，并且可能根本不能测出物体的密度。
在测量的“方法误差”方面，测量的原理是否科学合理也是需要考虑的问题。
在上述案例中，测量物质密度的原理都是：ρ=m/v,在初中阶段，学生学习了“压强”、“浮力”等知识后，测量物质密度的原理及方法是很多的，如：利用密度计可直接测量液体密度（原理是：物体漂浮条件及阿基米德原理）；利用连通器、已知液体、刻度尺等可测量未知液体密度（原理是：液体压强平衡原理）；利用弹簧测力计、水、溢水杯、量筒等可测量固体密度（原理是：阿基米德原理）等等。
总之，在初中物理实验教学中，教师一方面要注意把握好教学难易度，不能随意提高教学难度；另一方面又要理解和实现新课标的“三维目标”。在测量误差知识方面，注重实验的“过程与方法”，引导学生有减小误差的意识、能分析简单的误差产生原因、了解一些常见的减小误差的方法、培养学生分析问题和解决问题的能力，是落实素质教育的必然要求。

            通江县洪口中学   李盛柏