實(shí)驗數(shù)據(jù)的獲取與處理

楊少卿

在測定性、驗證性、研究性和探究性實(shí)驗中，我們往往依據(jù)實(shí)驗原理，巧妙地設(shè)計一系列實(shí)驗，測量出某些物理量的數(shù)據(jù)，科學(xué)地分析和處理數(shù)據(jù)，得出不能直接測出的物理量；也可以在誤差允許的范圍內(nèi)，驗證某些物理原理或規(guī)律，探究幾個相關(guān)聯(lián)物理量之間的定性或定量關(guān)系。正確獲取并處理好實(shí)驗數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

[獲取數(shù)據(jù)的途徑]

1. 直接從測量工具上讀取.除了基本讀數(shù)的方法外，對于微小量，通常還會采用“積少成多”的方法——累積法。如在“用雙縫干涉測波長”的實(shí)驗中，相鄰兩亮條紋間距[Δx]很小，可以先測量多級條紋的間距，再用[Δx=xn-xmn-m]，求出[Δx]。

2. 改變實(shí)驗條件，測出多組數(shù)據(jù)。如在描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗中，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片的位置，從0開始，測出多組電壓表和電流表的示數(shù)。在探究彈簧的伸長和受到的外力關(guān)系的實(shí)驗中，是不斷增加鉤碼的個數(shù)，來測量對應(yīng)的伸長量[Δx]。

3. 從軌跡圖上獲取數(shù)據(jù)。（1）從紙帶上獲取數(shù)據(jù)。如在“研究勻變速直線運(yùn)動”“驗證機(jī)械能守恒定律”“測自由下落物體運(yùn)動的重力加速度”等實(shí)驗中，紙帶上記錄的是運(yùn)動物體（或者質(zhì)點(diǎn)）在不同時刻所在的位置，因此，可以從紙帶上測量出不同時刻的位置坐標(biāo)。（2）從坐標(biāo)系上獲取數(shù)據(jù)。如在“研究平拋物體的運(yùn)動”中，通過描跡的方法，得到了物體做平拋運(yùn)動的軌跡，只要把描出的軌跡圖線放在坐標(biāo)系內(nèi)，就可以讀出幾個特殊點(diǎn)的坐標(biāo)，從而分析平拋運(yùn)動的特點(diǎn)，計算出測物體的初速度。

4. 輔助方法。如在用油膜法測分子直徑的實(shí)驗中，為了得到油膜的面積，采用近似的思想，用數(shù)小格子的方法，估測油膜的面積。

[處理數(shù)據(jù)的方法]

1. 作圖法。（1）作力的圖示：如在“驗證平行四邊形定則”的實(shí)驗中，用作力的圖示法，比較[F1]與[F2]的合力[F]的圖示與實(shí)驗中測量出來的[F測]的圖示之間的位置和大小關(guān)系，從而驗證在誤差允許的范圍內(nèi)平行四邊形定則的正確性。（2）描跡法：如在“研究平拋物體的運(yùn)動”“描繪等勢線”實(shí)驗中，通過描繪軌跡的方法來處理數(shù)據(jù)。（3）畫光路圖：如在“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗中，不論采用什么方法測定，最終都要作光路圖，找到兩個角（入射角和折射角）以及計算這兩個角的正弦的有關(guān)線段。

2. 解析法。解析法就是從實(shí)驗原理出發(fā)，把得到的數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的物理公式、定理或者定律，列方程求解，最后得出結(jié)論。如在“研究勻變速直線運(yùn)動”的實(shí)驗中，利用公式[vn=xn+1-xn-12T]求某點(diǎn)的瞬時速度，利用逐差法[Δs=aT2]求運(yùn)動過程中的平均加速度a。在“驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗”中，由比較減少的重力勢能[mgΔh]與增加的動能[12mv22-12mv21]，轉(zhuǎn)化為比較[gΔh]和[12v22-12v21]，要是在誤差允許的范圍內(nèi)兩個量相等，便可以驗證機(jī)械能守恒定律的正確性。

3. 圖像法。如在“單擺測重力加速度”“探究做功與速度變化的關(guān)系”“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”等實(shí)驗中，處理多組實(shí)驗數(shù)據(jù)時，總是先建立平面直角坐標(biāo)系，作出相應(yīng)的圖像（一般是直線），再從圖像上獲取信息（直線的斜率，坐標(biāo)軸上的截距等）并處理這些信息，從而得出結(jié)論。