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第3章
实验报告和评估结果

对于科学家来说,与同行分享他们的成果是很重要的。这样,他们就可以互相学习、互相评论,或在他人的研究基础上进行新的研究。

原子是构成物质最基本的粒子,是由希腊哲学家 德谟克里特 最先提出的。德谟克里特也是第一个对“原子”命名的人。 约翰·道尔顿 采纳了德谟克里特的想法,并构建了 第一个现代 子模型 。随后道尔顿分享了他有关原子研究的结论。

其后,随着多名科学家的研究,原子结构的知识得到不断的补充和完善。

你可以通过发表演讲、为科学杂志写文章,或者接受采访等多种方法来分享你的发现。而分享你发现的第一步是完成一份 实验报告

完成一份实验报告

实验报告由以下几部分构成。

标题: 告诉读者这是一个关于什么问题的实验或调查。

导言/目的: 简要说明提出这个问题或进行此项调查的原因。

“我想回答什么问题?”

“这项研究的目的是什么?”

这部分还可以包括已有的关于这个问题的其他研究。

假设/预测: 具体说明你认为在调查中会出现什么情况以及为什么会出现这种情况。

实验材料或者设备: 列出进行调查所需的所有材料和设备。你可以画出所需材料的图表或草图。

步骤: 描述实验过程中的所有步骤。想象一下自己正在指导一个完全不熟悉实验的人完成实验,因此,写下的步骤要尽可能详细清晰。

数据或结果: 给出你在研究过程中所有测量数据和观察现象的简明描述。可以借助图形、表格、照片将它们有条理地展示出来。数据最重要的是准确度和精密度。

一个投掷“准确”的飞镖手每次投掷都可以命中靶心,一个投掷“精密”的飞镖手每次投掷都可以命中相同的点。

结论或评价: 总结你在调查中的收获。这些收获可以是一个观点,也可以是证据或推理过程。在这一部分,你可以用你的观点来回答最初的问题,并列出可以支撑你观点的证据。

结果评估

当你阅读其他科学家的实验报告时,可以批判性地从下列角度进行评估。

实验步骤是否完全规范?

产生实验误差的原因是什么?

观察是在实验过程中还是之后进行的?

是否有足够的数据来支撑所得到的结论?

假设是否得到支撑?

还有其他方法来解释数据吗?

结果是否可以被复制或重现?

此时你该怎么做呢?

改变变量。

设计一个新的模型。

尝试不同的研究方法。

实验误差的来源

任何测量都可能产生误差。

即使你对同一个量连续测量两次,也很有可能会得到不同的数据,这很正常。但当你进行多次测量时,应该尽可能保证操作始终一致。

实验误差有两种类型: 系统误差 随机误差

系统误差

系统误差影响测量的准确度 。如果你使用的仪器没有调试正确,它就不能显示准确的测量数据。 校准 指的是对一个已知量进行测量,用测量值和已知值进行比较,以检查仪器的准确性。例如,当你打开一个电子秤,在没有放任何物体时,它的读数可能是0.1g或0.2g,如果读数不是零,那么电子秤就没有校准。这将影响你利用这个电子秤得到的所有测量数据。

托盘天平不是电子的,而是依据杠杆原理制成的。在杠杆两端各有一个小盘,一端放砝码,一端放要称的物体,通过读取杠杆中央的指针判断两端是否平衡,得出物体质量。你需要观察指针是否偏转,如果你每次以不同的角度观察指针,你也会称出不同的数值。

随机误差

随机误差是由 实验装置的不稳定 或正在读取测量结果的人引起的。 随机误差影响测量的精密度。 例如,如果你反复踩在一个秤上,第一次显示你的体重是68.1 kg,第二次显示68.0 kg,第三次显示67.9 kg。为什么这个数据跳来跳去、来回波动?发生这种情况可能是因为你做了一个微小的动作,或者这个体重秤本身不够灵敏,无法记录准确的读数。

报告实验误差

得到准确和精密的测量结果具有一定难度。在每一份实验报告中,科学家都需要报告测量的准确度和精密度以及可能的实验误差来源。这可以让阅读实验报告的其他科学家了解该实验结果的局限性。

例如,用于测量的仪器未经校准。

大风环境下进行测量,风可能影响了天平的读数。

测量干燥样品的质量时,空气的湿度是否会影响测量结果?

过滤时漏斗中使用的滤纸粗糙,使得细小的颗粒不知不觉地通过了滤纸?

实验结果不可能完全准确和精密,但是这不应该成为你不尽最大努力去使实验准确和精密的理由。

有效数字

有时,我们是无法获得既准确又精密的测量结果的。特别是如果你的仪器灵敏度不够高,就很难得到理想的测量结果。例如,实验设备的精密度是精确到个位数,就不能达到十分之一(0.1)或百分之一(0.01)的测量要求。

实验报告中小数点后数据的位数是由测量工具的精密度决定的。 测量工具的精密度越高,测量结果就越精确。例如,2.75厘米是比2.7厘米更精确的读数。

有效数字 是指实验中测量到的数字。它是由仪器直接获得的准确数字(可靠数字)加上一个估读的数字组成。这个估读的数字被称为 存疑数字 ,存疑数字是科学家在读数时估计的或者四舍五入后的一位数字。

有效数字 是仪器可以提供 的最精确的测量数字。 例如,在这个温度计中,每两个刻度之间为2 ℉。红色液体上端所处的位置位于138 ℉和140 ℉之间,你不能准确地读出温度,需要估计一下,温度可能是139 ℉。

估值: 基于观察和推理,对测量结果进行粗略的猜测。

根据仪器的精密度,利用四舍五入的方法确定有效数字的位数。例如,如果你要将测得数据个位的数字通过四舍五入变到十位,个位数字大于等于5时,舍去个位,十位进1位。如果个位数字小于等于4,则直接舍去它。

计算误差百分比

误差百分比 指的是用百分比表示测量值与真实值之间的差距。误差百分比显示测量值与真实值相差多远。这是很重要的数据,因为它可以衡量 测量结果的准确性

误差百分比的计算方法: 测量值(E )减去 真实值(A )的差取绝对值,再与真实值的绝对值做比,得到的商再乘100%。

误差百分比可以是小的,也可以是大的。例如,如果真实值为35.67g,测量值为35.62g,则误差百分比为0.14%。但是,如果真实值为5g,测量值为0.5g,则误差百分比为90%,这就大得多。

检查所学

1. 解释为什么与其他科学家分享你的调查结果是一件很重要的事。

2. 一个假设被证明是正确的,才意味着研究成功吗?解释你的答案。

3. 校准仪器的方法是什么?

4. 结论中应该包括什么?

5. 描述在什么情况下你可能需要使用估读或者取整。

6. 为什么在报告中说明误差百分比很重要?

答案见下一页

核对答案

1. 对于科学家来说,与他们所研究领域中的其他人分享他们的结果是很重要的。这样,他们就可以互相学习、互相批评,甚至可以以彼此研究的内容为基础进行更加深入的研究。

2. 不。预测是对可能发生事情的一种设想。否定假设不等同于实验失败。这可能意味着你有一个想法,但是却观察到了与之相反的结果。

3. 校准发生在检验仪器准确度的时候,采取的方法是对一个已知真实值的物体进行测量,比较测量值与真实值之间的关系。

4. 在结论中,包括一个观点,即你从调查中得到了什么,你的研究结果是否支持你的假设,所有可能存在的实验误差的来源,以及你对未来研究的想法。结论还可以包括你对结果的解释,以及它们与现有科学理论和知识之间的关系。

5. 有时不可能得到精确的数据,特别是当你没有精确的工具时。也许你的设备只能精确到个位数,不能读取到十分之一(0.1)或百分之一(0.01)的数字。在这些情况下,科学家们使用估读或四舍五入的方法来对数据进行处理,这是非常有必要的。

6. 在每一份实验报告中,科学家需要通过误差百分比报告测量的准确度和精密度。这样做是为了让其他阅读报告的科学家了解实验结果的局限性。 EStAMRc1lcblK3M8Xvh+aIY8Ssn2lgBVGPhzegxaO71YsS/moD5UmQxuBz8CxT0y

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