物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法

摘要：實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的能力，而分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)考查學(xué)生利用學(xué)過的物理知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和靈活處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理貫穿于從獲得原始數(shù)據(jù)到得出結(jié)論的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，是實(shí)驗(yàn)操作后的一個(gè)重要步驟。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；圖像；多次測量

從近幾年的中考命題情況看，要求學(xué)生在掌握基本實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，會(huì)選擇實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。并要求學(xué)生根據(jù)確定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡玫交蝌?yàn)證物理規(guī)律，這就要求學(xué)生必須具備分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理貫穿于從獲得原始數(shù)據(jù)到得出結(jié)論的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，是實(shí)驗(yàn)操作后的一個(gè)重要步驟。本文結(jié)合一些實(shí)例來簡單介紹常用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。

一、 列表法

列表法是記錄數(shù)據(jù)的基本方法，是在處理數(shù)據(jù)時(shí)，為了簡明地表示出有關(guān)物理量之間的對應(yīng)關(guān)系，將實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)用表格的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的一種方法。在記錄和處理數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)列成表格不但可以減少或避免錯(cuò)誤，便于發(fā)現(xiàn)問題和分析問題，而且有助于找出物理量之間的規(guī)律性的聯(lián)系。

數(shù)據(jù)列表時(shí)表格應(yīng)有一個(gè)標(biāo)題或必要的說明，表格要直接地反映有關(guān)物理量之間的關(guān)系；表格欄目條理清楚，要求簡單明了；為了養(yǎng)成良好習(xí)慣，減少差錯(cuò)，每次實(shí)驗(yàn)前，都應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)畫好所用的空白表格，以備在實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)。

在伏安法測量小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電壓為2.5V，實(shí)驗(yàn)記錄了三組數(shù)據(jù)如下表，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以得出電功率和小燈泡亮度變化的規(guī)律。

小燈泡的額定電壓為2.5V，由表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，當(dāng)小燈泡兩端電壓等于額定電壓時(shí)，通過的電流為0.30A，小燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.30A=0.75W，即為小燈泡的額定功率。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，小燈泡在三次實(shí)驗(yàn)中電功率值不相同，燈泡的亮度也不同，燈泡消耗的電功率越大，燈泡的亮度就越亮。

二、 圖像法

在物理實(shí)驗(yàn)中，用圖像來表示物理規(guī)律的一種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。用圖像法分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一般步驟：首先建立坐標(biāo)系，用橫坐標(biāo)表示自變量，縱坐標(biāo)表示因變量，要求坐標(biāo)的比例要適當(dāng)，關(guān)系清晰；然后描出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)恰當(dāng)?shù)乩L出平滑的曲線或直線，繪出圖像；最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所取得的圖像，分析歸納出物理量之間的規(guī)律。

在觀察“水的沸騰”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)為了觀察水在加熱過程中溫度隨加熱時(shí)間的變化情況。當(dāng)水溫升到90℃時(shí)，每隔1min讀一次溫度計(jì)的示數(shù)，直到水沸騰4min后停止讀數(shù)，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

請根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)在圖中先描點(diǎn)，再用平滑的曲線畫出溫度隨時(shí)間變化的圖像。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出水沸騰時(shí)溫度變化的規(guī)律。

在“水的沸騰”實(shí)驗(yàn)中，要求讀數(shù)要迅速準(zhǔn)確，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，直到沸騰幾分鐘后為止。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生在方格紙上標(biāo)出各個(gè)時(shí)刻所記錄的溫度，用平滑的曲線把這些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)連接起來，得到水沸騰時(shí)的溫度隨時(shí)間的變化情況，從而得出水沸騰的圖像。然后組織、指導(dǎo)學(xué)生分析圖像用語言描述出來：水在沸騰前吸收熱量，溫度不斷升高；而在沸騰過程中雖然不斷吸熱，但溫度保持不變。

三、 平均值法

在物理實(shí)驗(yàn)過程中，一般需要進(jìn)行多次測量。對于一些特性物理量，比如密度、電阻等，需要進(jìn)行多次測量幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后求出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值來減小實(shí)驗(yàn)誤差。多次測量取平均值是為了減小由人為因素引起的偶然誤差，所以為達(dá)此目的，應(yīng)該將多次直接測量的物理量取平均值才能達(dá)到減小偶然誤差的目的。

用伏安法測量某導(dǎo)體電阻的實(shí)驗(yàn)中，改變被測電阻兩端的電壓，分別測量導(dǎo)體在不同電壓下對應(yīng)的電流值，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的電阻值，然后求其平均值作為導(dǎo)體的電阻。

測量導(dǎo)體電阻的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)中涉及的內(nèi)容非常豐富，既有間接測量的實(shí)驗(yàn)方法，又有實(shí)驗(yàn)基本技能，還有對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。這是一個(gè)以測量電阻阻值為主要實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)，既然是測量數(shù)據(jù)，就應(yīng)該想方設(shè)法減小誤差。本例中通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來改變待測電阻的電流及其兩端電壓，通過分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對于測得的各組電流值和電壓值，計(jì)算出相應(yīng)的電阻，最后算出電阻的平均值，作為被測電阻的阻值。這樣做的目的是通過多次測量求平均值來減小誤差。

總之，實(shí)驗(yàn)過程主要考查學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的能力，而分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要考查學(xué)生利用學(xué)過的物理知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和靈活處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。教師要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中讓學(xué)生經(jīng)歷探究過程，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，從而提高處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

作者簡介：

梁金木，山東省聊城市高唐縣琉寺中學(xué)。endprint