论文摘要:物理实验测得的数据,必须经过科学的分析和处理,才能揭示出各物理最之间的关系。就高中物理实验常用数据的处理方法进行分析,以期对物理实验教学有所帮助。
实验是物理学的重要组成部分,是物理教学不可缺少的环节。但学生在实际操作与处理中。往往容易在实验数据上出现错误,究其原因是学生没有牢固掌握数据处理的方法,不求甚解,一知半解,更不用说触类旁通了。根据我的教学经验,提出几种处理方法。(下面提出几种数据处理方法,供大家参考)
一、平均法
平均法是指对待测物理量进行很多次的测量,把测量的值相加再除以测量次数,或把每一次的测量值用固定的算式分别进行计算再求出结果,再把结果相加除以测量次数,最后取其平均值。这种方法就叫做平均法。
1.平均法的使用原理:每一次的测量因为多方面的因素都会不一样,测量值偏大或偏小,但其偏大或偏小的机会与程度往往均等,所以需要进行多次测量,再求其平均值,这样的测量值才会更真实、科学,有说服性。
2.数据的处理
(1)如果所求的结果是经过直接测量所得,应使用平均法。如“测定金属电阻率”的实验,在测定金属丝的直径d时,用“螺旋测微器”在金属丝的三个不同点上分别进行测量,然后取三次的测量结果,其平均值就是最后的直径。
(2)如果所求的结果不能经过直接测量得出,则要依据其实验的原理多次进行计算待测物理量的值,最终结果要把多次测量的物理量的值相加得出平均值。“用单摆测重力加速度”是个很典型的实验,求单摆周期的步骤如下:把单摆往一个方向拉开一个小角度,让小球顺利摆动,这时测出单摆完成n(20-30)次全振动的时间t,用公式T=t/n计算得出小球完成一次全振动的周期,这个步骤重复3次,用公式T=(T1+T2+T1)/3算出平均值,即求出单摆的振动周期。
二、描迹法
描迹法是指通过若干次描点、频闪照相、用打点计时器打点等记录形式,直观形象地显现实验结果的方法。如,在进行“平抛物体的运动”这个实验时,可以用频闪照相的方式记录小球的运动轨迹;在进行“匀变速直线运动”实验时,用打点计时器记录运动情况。在使用描迹法时,以下几个方面要高度注意:
1.在结果出来之前,应仔细观察、分析结果,去掉误差太大的数值。若中间出现个别的点偏离正常位置很远,有可能是偶然因素导致,应舍弃该点再重复进行实验,分析记录结果。如,在“匀变速直线运动”的实验中进行纸带选取的时候,首先多打出几条纸带,选择打点最清楚的一条进行研究分析,分析时一般去掉前面相对密集的点,在后面找出一个点作为开始的点。
2.若要根据记录的点进行描线,则应描平滑的实线,并尽可能让更多的记录点通过平滑线或靠近平滑线,而且这些记录点要在平滑线的两侧均匀分布,不能在描线的过程中出现折线。
3.为了使描述的结果比较精确,实验中记录的点不能太少,并且要在所描范围内合理、均匀分布。
三、图像法
图像法因其直观、形象、容易操作的特点被广泛应用于物理实验中,又被称为作图法,顾名思义是指在坐标纸上把实验数据之间的对应关系连成图线,由图线得出相应物理量之间的关系,并由此进一步得出实验结果。用图像法处理实验数据的步骤如下:
1.将测量的数据列表归类整理。
2.在坐标纸上以相应的物理量为横轴、纵轴建立坐标系,并定出标度。
3.描点。
4.连线:连线要遵循三个原则,一条直线上要描上尽可能多的点;其余的点要均匀分布两侧;离描线太远的点直接去掉。遵循这种连线原则处理数据,与多次测量取平均值殊途同归(但由于去掉偶然误差过大的数据点。使得结果比平均值法更加精确些)。
5.注明图像的名称、制图时间及其他说明:中学物理实验运用图像法,一般情况下会得出y=kx+b形式的一次函数关系,即结果是一条直线(一次函数拟合),图线画出后,可以用图线与坐标轴上的截距求出相应的物理量,也可以用图线的斜率或者用图线围成的面积求出相应物理量,还可以用图线反应一定的物理规律。如果描出的数据点连成了一条曲线。则应变换物理量,最终要得到一条直线(一次函数)。如,在验证“牛顿第二定律”的实验中,在研究“外力一定时物体的加速度和物质的质量之间的关系”时,假若a为纵坐标,m为横坐标,连接各数据点后得到一条曲线,实验结论就不会精确;但若以1/m为横坐标轴,连接各数据点则基本上可以画出一条过原点的直线,即得出正确的结论:外力一定时,物体的加速度a与物体的质量m成反比,即物体的加速度a与物体的质量m的倒数成正比。通过变换,完成了化曲线为直线,更直观、快捷地得出实验结果。
四、直接比较法
在做一些物理实验时。物理量之间的关系只需要定性地去确定,或把实验结果与标准值进行比较则可求出实验结论,都可以采用直接比较法。如,在“互成角度的两个共点力的合成”实验中,可将实验中测得的合力与根据实验画出的平行四边形对角线两矢量的大小与方向进行直接比较,就可以确定验证平行四边形定则的目的是否已经达到了。
五、计算机辅助处理数据
信息技术已被广泛运用到物理教学课堂上,也被广大师生所接收,中学生的计算机水平日益提高,已能熟练运用计算机记录与处理数据,对数据的图像进行分析等。计算机中的Excel软件功能非常强大,能够进行大量的数据记录与处理,还能画出物理实验中比较实用的x-y散点图,能够进行一次函数、幂函数以及拟合,求出相应的函数系数,从而得出物理量的值。
总之,在高中物理实验教学中引导学生学会合理使用数据处理方法。这样可以尽可能地减少学生在实验中的系统误差和过失误差,指导学生运用正确的分析方法,同时使其学会对实验结果的正确评估和描述。
