A-Level物理知识点梳理系列(二)

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物理知识点梳理系列(二)测量学(measurementtechnique)(上)看懂一张图,这几个物理概念将不再混淆!测量学(measurementtechnique)这一章可分为数据采集以及数据分析两大块。对于数据采集,要求同学们能够很好地掌握诸如米尺meterrule、量角器protractor、游标卡尺verniercaliper、千分尺microscrewgauge、电流表ammeter、电压表voltmeter及示波器cathode-rayoscilloscope等常用测量工具的正确使用及读法。同时,对于不同的待测物理量,同学们应能够合理且灵活地选取相应的测量工具。例如,如需测量小球外径,则应根据具体精度要求在游标卡尺和千分尺间做出选择。本章的难点在于数据分析,所谓数据分析即对采集的数据进行记录,将实验数据绘入坐标图、确定最佳拟合线(determinelineofbestfit)以及对实验设计及操作进行相应的误差分析(sourceoferroranalysis)等。本章节给后续章节(力学、电学等)实验部分的设计、数据采集及分析处理提供了理论基础。CIE物理paper1的3-5小题及整套paper3都会针对此章节内容进行考察。本篇将对测量学数据分析里涉及的两对易混淆的概念(systematicerror---randomerror,precision-accuracy)进行重点讲解。首先来看第一对概念。systematicerror:constantdeviationofreadinginonedirectionfromitstruevaluerandomerror:scatterofreadingabouttruevalue系统误差(systematicerror)指由测量系统造成的测量值与真实值之间的偏差,具有重复性、单向性等特点。诸如测量前未对仪表归零(zeroerror)、未对测量工具正确校准(wronglycalibratedscale)而导致的非实验人员主观原因产生的误差都属于系统误差。随机误差(randomerror)则为测量人员主观原因产生的误差,测量数值分布在真实值的两侧,具有离散性,同时可通过多次测量将之减小并趋向于零。系统误差与随机误差的区别如下:systematic:constanterror(inallreadings)cannotbeeliminatedbyaveraging(equally)abouttruevaluecanbeeliminatedbyaveragingerrorduetoobserver我们还可以通过图表对这两个概念进行区分上表展示了4种常见的测量情况。图a为理想状态,8次测量值紧密分布在真实值两侧。图b展示了带有随机误差的测量情况,可见八次测量值分布在真实值两侧,但相对比较分散。图c展示了带有系统误差的测量情况,八次测量值紧密分布在真实值的一侧。而图d中8次测量值离散地分布在真实值的一侧,说明该组测量既带有随机误差,又带有系统误差。再来看第二对概念accuracy:degreetowhichameasurementapproachtruevalueprecision:degreetowhichameasurementapproachthemeanvalueofseveralreadings同学们要注意,准确度(accuracy)是指测量结果趋近与真实值的程度。而精确度(precision)则是指测量结果趋近于该组测量平均值的程度。上表中图a的8次测量值紧密分布在真实值两侧,我们可以称其为accuratemeasurement。的测量值虽然都分布在了真实值的左侧,但该组测量值分布紧密,可以见得测量中实验人员基本没有犯主观错误,主要的实验误差来源于systematicerror。故该组测量结果虽然不准确(accurate),仍然可以称之为精确(precise)。准确度与精确度亦可通过如下标准区分Accuracy:GoodAccuracyisassociatedwithsmallsystematicerrorsPrecision:Goodprecisionisassociatedwithsmallrandomerrors.真题解析W065、Themeasurementofaphysicalquantitymaybesubjecttorandomerrorsandtosystematicerrors.Whichstatementiscorrect?A、Randomerrorscanbereducedbytakingtheaverageofseveralmeasurements.B、Randomerrorsarealwayscausedbythepersontakingthemeasurement.C、Asystematicerrorcannotbereduced.D、Asystematicerrorresultsinadifferentreadingeachtimethemeasurementistaken.此题为06年冬季paper1的第五小题。题目考查考生对系统误差与随机误差的理解。B选项需注意随机误差不总是由测量人员的主观因素造成,还可能为测量方法选择不当,如测量摆动周期(oscillation)时,未使用参考标记(referencemarker),导致未能在摆球的同一位置进行读表而使摆动周期产生偏差;系统误差可以通过改进测量仪器等进行减小,但不能完全被消除,C选项错误。根据定义可知,系统误差具有可重复性、单向性等特点,D选项错误。故本题的正确答案为A。W074、Aseriesofmeasurementsoftheaccelerationoffreefallgisshowninthetable.Whichsetofresultsisprecisebutnotaccurate?此题为07年冬季paper1的第四小题。该题目对重力加速度g进行了若干次测量。其中D组的5次测量数据离散性很小,但距离真实值9.81g/ms-2偏差很大,属于图表中表C的测量情况。故该组数,butnotaccurate.下一期将围绕第二板块测量学(measurementtechnique)的后续知识点进行精讲,请同学们持续关注。如有A-level或者IB课程方面的问题,请致电400-821-0166,我们会快速而准确地为您解答。

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