注重實驗教學(xué)細節(jié)提高數(shù)據(jù)處理能力

張永前

〔關(guān)鍵詞〕 中學(xué)物理；實驗；教學(xué)細節(jié)；數(shù)據(jù)；坐標系

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463（2012）12—0088—０2

實驗是物理教學(xué)的基礎(chǔ)。在實驗中，一些微不足道的實驗操作細節(jié)或數(shù)據(jù)處理細節(jié)往往是實驗成功的關(guān)鍵.這就要求物理教師在教學(xué)過程中著重培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ纫囵B(yǎng)他們科學(xué)、規(guī)范、細致的操作能力，也要培養(yǎng)他們科學(xué)、認真、靈活的數(shù)據(jù)處理能力.在高三第一輪復(fù)習(xí)中，我給學(xué)生布置了一道物理作業(yè)題，學(xué)生們做作業(yè)時個個滿有把握，而閱完作業(yè)后我卻大失所望.

原題如下：(1)在用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中備有以下器材：A.干電池1節(jié)；B．滑動變阻器(0～20 Ω)；C．滑動變阻器(0～1kΩ)；D．電壓表(0～3 V)；E．電流表(0～0.6 A)；F．電流表(0～3 A)；G．開關(guān)、導(dǎo)線若干.其中滑動變阻器應(yīng)選，電流表應(yīng)選.(2)為了最大限度地減小實驗誤差，請在下面的虛線框中畫出該實驗最合理的電路圖.(3)某同學(xué)記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表所示，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出U－I圖線，根據(jù)圖線得到被測電池的電動勢E＝V，內(nèi)電阻r＝Ω.

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雖然這道題沒有涉及復(fù)雜的理論知識，但許多學(xué)生還是會失分，他們所畫的圖象差誤較大，有的學(xué)生畫出的圖象太小，有的太高，有的太平，甚至有的圖象超出了坐標紙范圍，有的圖線延長后與縱軸的交點出格，無法讀取電動勢.學(xué)生們花了好長時間做題，而得出的答案卻在誤差范圍之外，最終還是無法得分，真是事倍功半.主要原因是學(xué)生不夠重視實驗細節(jié)，數(shù)據(jù)處理能力欠缺.而這種數(shù)據(jù)處理能力差具體體現(xiàn)在坐標系的建立上.他們不能準確地建立坐標系，更不能科學(xué)地取單位長度，最終導(dǎo)致所畫圖象偏離太大，得不出答案.那么，如何建立坐標、如何選取單位長度才能在有限的空間上畫出大小適中、布局合理的圖象從而提高實驗精度呢？

1.觀察兩組數(shù)據(jù)的數(shù)值分布特征，確定坐標的起始標值（這個起始值用P表示）.

若該組數(shù)據(jù)中從零到最大值之間數(shù)據(jù)分布勻稱，則坐標起始標值取零，如上題中電流的數(shù)據(jù)在0～0.4A之間數(shù)據(jù)分布勻稱，則表示電流的橫坐標的起始標值取零（即該坐標軸從零開始標值）.

若該組數(shù)據(jù)中從零到最大值之間數(shù)據(jù)分布不勻稱，則坐標起始標值一般不取零（即該坐標軸不從零開始標值），一般取略小于該組中最小值的某個整數(shù)值為起始標值.

如上題中電壓數(shù)據(jù)從0～1.32V之間數(shù)值分布不勻稱，0～0.93V之間沒有數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)都分布在0.93V～1.32V之間，故起始標值可取略小于0.93V的較整的數(shù)0.9V(或0.8V)為起始標值（即縱坐標從0.9V或0.8V開始標值，取0.9V時精度高）.

2.確定分度值（最小一格所表示的數(shù)值）.

①取略大于測量數(shù)據(jù)中最大值的較整值（這個最大整值用Q表示），在上題中縱軸電壓最大值1.32V，取略大于1.3V的較整值1.5V，即Qy=1.5V；橫軸取略大于電流最大值0.4A的較整值0.5A，即Qx=0.5A.

②計算最大整值Q與起始標值P的差（這個差用△表示）即△=Q-P.在上題中縱軸電壓分度△y=1.5-0.9=0.6V或△y=1.5-0.8=0.7V；橫軸電流分度： △x=0.5-0=0.5A.

③數(shù)出坐標紙中橫、縱軸的總格數(shù)（分別用n橫、n縱表示），在上題中n橫=20，n縱=16≈15.

④利用D=■計算分度值（D表示分度值）.

在上題中橫軸電流分度值Dx=■=■=0.025A；縱軸電壓分度值Dy=■=■=0.04V.

3.在坐標軸上標值，每隔N格標一個數(shù)值，N應(yīng)取能使DN=整值的數(shù).

在上題中縱軸5×Dy=50×0.04=0.2V，故每隔5格標一個數(shù)值；橫軸4 ×Dx=4×0.025=0.1A，故每隔4格標一個數(shù)值.至此坐標建立結(jié)束.

按照上面的方法步驟就能建出較為合理的坐標系，然后根據(jù)數(shù)據(jù)描點、連線后就可以計算出結(jié)果。根據(jù)以上方法得出的結(jié)果不是唯一的，因為有些數(shù)據(jù)能根據(jù)具體情況適當放縮，但出入不會太大.若按照這種方法設(shè)計，得出的圖象大小適中，不會出格且精度高.根據(jù)以上方法，上題中的U－I圖線如圖所示.

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以上步驟是以盡量提高實驗精度、充分利用有效空間為原則而設(shè)計的，故利用此圖能比較準確的求出E、r的值.由于我們在平時教學(xué)中忽略了這樣的細節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏處理數(shù)據(jù)的能力.畫圖時無目標、無原則地隨心設(shè)計，得到的圖形精度極差，不能得出準確答案，無法得分.

由以上例題可以看出，在實驗教學(xué)中教師要重視實驗細節(jié)，這不僅僅是為了讓學(xué)生會做題得高分，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力.

編輯：張昀