中學(xué)物理利用計(jì)算機(jī)擬合實(shí)驗(yàn)圖像

陳勝利

（慶城縣隴東中學(xué) 甘肅 慶陽(yáng) 7451 00 ）

物理實(shí)驗(yàn)中常用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是直觀、形象，便于比較、研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果．但由于一切測(cè)量都有誤差，用作圖法求解的參數(shù)也必然有誤差．學(xué)生只根據(jù)散點(diǎn)圖作直線或曲線，就不可避免地引起主觀誤差，同一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同學(xué)生處理，結(jié)果相差很大．教師在教學(xué)過(guò)程中，也缺乏準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，教學(xué)中不好把握．如果利用計(jì)算機(jī)不僅可以提高實(shí)驗(yàn)效率，而且可以減小作圖所帶來(lái)的誤差，提高實(shí)驗(yàn)的精確度．但專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件復(fù)雜，不易掌握，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)常用Excel自帶數(shù)據(jù)庫(kù)中的線性擬合工具對(duì)此類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理．下面以電學(xué)實(shí)驗(yàn)中三種典型的伏安特性曲線為例，教給學(xué)生初步運(yùn)用Excel軟件處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法．

1 固定電阻伏安特性曲線擬合

在測(cè)定金屬絲的電阻率實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量金屬絲電阻數(shù)據(jù)如表1．

表1 測(cè)量金屬絲電阻的數(shù)據(jù)表

啟動(dòng)Excel，輸入數(shù)據(jù)后選取數(shù)據(jù)，點(diǎn)插入圖表，在標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型中選X Y散點(diǎn)圖，在子圖表類(lèi)型中選擇平滑線散點(diǎn)圖，如圖1．

圖1

右鍵點(diǎn)擊曲線后，彈出添加趨勢(shì)線對(duì)話框，在趨勢(shì)預(yù)測(cè)／回歸分析類(lèi)型中選線性，調(diào)整坐標(biāo)軸格式，得到固定電阻的伏安特性曲線如圖2所示．對(duì)圖2研究，使學(xué)生體會(huì)多次測(cè)量求平均值的方法可以減少誤差，利用I－U圖像求導(dǎo)體的電阻的方法．

圖2

2 測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中的線性擬合

在用伏安法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，記錄的數(shù)據(jù)如表2．

表2 測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)表

啟動(dòng)Excel，輸入數(shù)據(jù)后選取數(shù)據(jù)如圖3所示，插入圖表，在標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型選擇X Y散點(diǎn)圖，子圖表類(lèi)型選擇平滑線散點(diǎn)圖．

圖3

右鍵點(diǎn)擊曲線，添加趨勢(shì)線，類(lèi)型選擇線性，在趨勢(shì)線格式選項(xiàng)中，有趨勢(shì)預(yù)測(cè)前推0．1，再后推0．12 ，如圖4所示，得到電源的伏安特性曲線如圖5．

圖4

圖5

利用圖像可以求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，體會(huì)物理數(shù)據(jù)的處理方法．作出此圖困難在于畫(huà)與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，可以利用選項(xiàng)中的前推和倒推．

3 測(cè)小燈泡伏安特性曲線的非線性擬合

小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大，某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用伏安法測(cè)量得到如表3的數(shù)據(jù)．

表3 測(cè)量小燈泡燈絲電阻的電壓、電流表

啟動(dòng)Excel，輸入數(shù)據(jù)后選取數(shù)據(jù)如圖6所示，插入圖表，在標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型選擇X Y散點(diǎn)圖，子圖表類(lèi)型選擇平滑線散點(diǎn)圖．

圖6

圖7

點(diǎn)擊確定后，就得到了小燈泡的伏安特性曲線如圖7所示，由圖像可以體會(huì)小燈泡的電阻隨溫度升高而增大，利用圖像可以求出小燈泡在不同電壓電流下的電阻．

利用計(jì)算機(jī)擬合物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比明顯，效果良好，既可以讓學(xué)生學(xué)到物理知識(shí)，也為學(xué)生提供了廣闊的學(xué)習(xí)途徑，值得在教學(xué)中不斷挖掘和開(kāi)發(fā)．