请阅读《误差分析》回答题。
误差分析
测量值与真实值之间的差异叫误差。任何物理实验测量中都存在误差,它不等同于错误,错误可以避免,但误差不能避免,只能减少。在实验的评估环节,要进行误差分析。
按照误差产生的原因及性质,可以将误差分为系统误差和偶然误差两类。
系统误差可能是由于仪器结构上不够完善或仪器未经很好校准等原因会产生误差;也可能是由于实验本身所依据的理论、公式的近似性,或者对实验条件、测量方法的考虑不周造成误差;还可能是由于测量者的生理特点,例如反应速度,分辨能力,甚至固有习惯等造成的误差。
以上都是造成系统误差的原因。系统误差的特点是测量结果向一个方向偏离,其数值按一定规律变化。我们应根据具体的实验条件,系统误差的特点,找出产生系统误差的主要原因,采取适当措施降低它的影响。
在相同条件下,对同一物理量进行多次测量,由于各种偶然因素,会出现测量值时而偏大,时而偏小的误差现象,这种类型的误差叫做偶然误差。产生偶然误差的原因很多,例如测量点的位置不准确,实验仪器由于环境温度、电源电压不稳定等因素的影响而产生微小变化,因此偶然误差难以找出原因加以排除。
大量的实验结果表明,在确定的测量条件下,对同一物理量进行多次测量,并且用它的算术平均值作为该物理量的测量结果,能够比较好地减少偶然误差。
下面是实验小组的同学利用已调节好的托盘天平、砝码、小烧杯和量筒测量酸奶密度的实验步骤:
①用托盘天平测出烧杯的质量m1;
②将适量的酸奶倒入烧杯中,用托盘天平测出烧杯和酸奶的质量m2;
③将烧杯中的酸奶倒入量筒中,测出酸奶的体积V;
④根据公式ρ==算出密度。
小组同学计算出酸奶的数值后觉得误差太大,经过讨论后提出两条改进建议:
(1)由于步骤③中无法将烧杯中的酸奶全部倒入量筒中,体积的测量值总小于真实值导致所测得密度值偏大,可将步骤顺序调整为②③①④;
(2)要进行多次测量求密度的平均值。
请根据上述材料判断以上减小误差的两条改进建议中,建议(1)是从________的角度进行分析的,建议(2)是从_________的角度进行分析的。(选填“偶然误差”或“系统误差”)
如图所示,在探究“重力的大小与质量的关系”的实验中,小明发现该实验质量改变的同时物体的体积也在改变,于是他提出:“重力的大小与物体的体积有关”。实验桌面上有已调零的弹簧测力计、铜块A、铁块B和铝块C各一个,其中A和B的体积相等,B和C的质量相等,请选择上述器材,设计实验证明小明的观点是错误的。
为了探究“用动滑轮提升重物时,如果动滑轮的机械效率不变,则有用功跟总功成正比”,小明在实验台上组装好实验装置,如图所示,其中弹簧测力计的量程为0~5N。另外还有质量均为100g的钩码六个(图中未画出)。
以下是他的部分实验步骤,请你帮他补充完整:
在动滑轮挂钩上挂2个钩码,用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端。2个钩码的总质量用m表示,用弹簧测力计测出绳子自由端的拉力F,用刻度尺分别测出绳子自由端移动的距离s和钩码上升的高度h,将m、F、S、h数值记录在表格中;
保持_________不变,依次改变绳子自由端移动的距离s,仿照步骤再做5次实验,将各次的m、F、S、h数值记录在表格中。
利用W总=________,计算出各次的总功,用W有用=G h=mgh,计算出各次的有用功,并将各次的W总、W有用的数值记录在表格中。
为测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率,小明连接了如图所示的实验电路。
U/V | 1.3 | 2.5 | 3 |
I/A | 0.20 | 0.28 | 0.3 |
P/W | 0.26 | 0.7 | 0.9 |
(1)小明检查电路连接正确无误,当用开关“试触”时,发现小灯泡都不发光,电压表、电流表都没有示数,为排除故障,小明拆下电压表,将电压表的正号接线柱接在电源正极,电压表的负号接线柱分别接到A、B、C接线柱时,发现电压表都有示数,当电压表的负号接线柱接到D接线柱时,电压表无示数。此电路只有一处断路,由此可以判断___________出现断路故障。
(2)排除电路故障后继续实验,他调节滑动变阻器的滑片,分别测量三组电压、电流值,算出电功率,如上表所示,为减小实验误差,他将三次功率求平均值=0.62W,于是得出小灯泡的额定功率为0.62W,请你指出小明实验中存在的问题:____________。
实验桌上有如图所示的实验装置(其中的透明玻璃相当于平面镜),还提供了相同大小的中国象棋棋子18个,9个为红色, 9个为绿色。小军用这些器材进行了实验探究,主要实验步骤如下:
①将两个叠放的红棋子作为物体放在平面镜前面的白纸上,在平面镜后面改变两个叠放的绿棋子的位置,使得从不同角度观察,两个绿棋子与物体的像重合,并记录实验数据。
②在两个叠放的红棋子上增加一个红棋子,不改变其位置,在平面镜后面不改变绿棋子的位置,而是在两个叠放的绿棋子上增加绿棋子的个数,直到从不同角度观察,绿棋子与物体的像重合,并记录实验数据。
③再增加叠放红棋子的个数,仿照步骤②,做四次实验。
请根据以上叙述回答下列问题:
(1)根据以上实验步骤可知,小军探究的是物体在平面镜中所成像的大小与_________的关系;
(2)实验过程中,叠放的绿棋子与红棋子的像很难完全重合,其原因可能是:________ 。
实验桌上有以下实验器材:学生电源、螺线管、开关各一个,小磁针、导线若干。物理实验小组的同学想利用上述器材探究通电螺线管外部的磁场方向与电流方向是否有关。以下是部分实验步骤,请你将其补充完整。
用导线将学生电源、螺线管、开关连在电路中,在螺线管周围摆放可水平方向上自由旋转的小磁针,如图甲所示;
闭合开关,观察_______________,并做好标记,如图乙所示;
只改变_____________,仿照②再进行一次实验,如图丙所示。