5、实验数据处理

处理实验数据是中学实验的一个重要环节。通过对实验数据的处理和分析，可以得到物理量之间的内在规律。在考试中对用表格法、图象法、平均值法、描迹法等数据处理方法都有较高的要求和体现。

《大纲》要求：能独立完成"知识内容表"中所列的实验，会记录、处理实验数据，并得出结论。在中学阶段，实验数据的处理常用计算法和图象法。

例11、(06重庆)某同学用图所示装置测量重力加速度g,所用交流电频率为50 Hz．在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所以测量数据及其标记符号如图所示．

该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)：

方法A：由……，取平均值g=8.667 m/s²；

方法B：由取平均值g=8.673 m/s²．

从数据处理方法看，在S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆中，对实验结果起作用的，方法A中有__________；方法B中有__________．因此，选择方法___________(A或B)更合理，这样可以减少实验的__________(系统或偶然)误差．本实验误差的主要来源有____________(试举出两条)．

解析：按方法A：……，，求平均值：，所以只用到了： S₁、S₆．

按方法B计算加速度，为了减少误差，常常用逐差法： ，所以只用到了：S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆．因此选择B更合理，这样可以减少实验的偶然误差．阻力(空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力等)，交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等．

同型题1

(07天津22)某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为______m/s，小车运动的加速大小为________m/s²,AB的距离应为_______cm。(保留三位有效数字)

答案： 0.986　 2.58　5.99

例12(06天津)某研究性学习小组利用右图所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如下图所示的R-1/I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E＝　 　　V，r＝　　　 Ω。

解析：由题中的电路图，可以表示：当某时刻电阻箱的读数为R时，安培表读数为I。则有： 。当时r=-R=-(-0.9)=0.9Ω；直线的斜率为电源的电动势，计算图中直线的斜率为2.9，所以电源的电动势为2.9V。

同型题2 (07上海17)利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图(甲)所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN为水平木板，已知悬线长为L，悬点到木板的距离OO’＝h(h＞L)。

(1)电热丝P必须放在悬点正下方的理由是：____________。

(2)将小球向左拉起后自由释放，最后小球落到木板上的C点，O’C＝s，则小球做平抛运动的初速度为v₀________。

(3)在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角q，小球落点与O’点的水平距离s将随之改变，经多次实验，以s²为纵坐标、cosq为横坐标，得到如图(乙)所示图像。则当q＝30°时，s为 ________m；若悬线长L＝1.0m，悬点到木板间的距离OO’为________m。

答案：(1)保证小球沿水平方向抛出(2)(3)0.52　 1.5

小结：本实验考查实验条件的分析和用图象处理实验数据的能力。

4、实验电路选择

(1)测量电路--电流表内外接法选取

①电路的对比

②判断方法

a、直接比较法：当待测电阻R_x较小且远小于电压表内阻Rv时，应选用外接法；当待测电阻Rx较大且远大于电流表内阻R_A时，应选用内接法。

b、临界值法：当待测电阻R_x<时，视R_x为小电阻，应选用外接法；当R_x>时，视R_x为大电阻，应选用内接法；当R_x＝时，两种接法均可。

(2)控制电路--滑动变阻器分压式、限流于接法选取

①电路的对比

调节范围	限流式电路	分压式电路
电压调节范围		0→U
电流调节范围		0→

　说明：U为电源端电压，R为滑动变阻器最大电阻，R_x为待测电阻阻值。

②判断方法

a负载电阻R_x远大于滑动变阻器总电阻R，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。

b要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。

c采用限流电路时，电路中的最小电流(电压)仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流(电压)时，应采用变阻器的分压式接法。

d负载电阻的阻值R_x小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。

e两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流式接法总功率较小。

例10某同学用图所示电路，测绘标有“3.8 V,0.3 V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象，除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择: 电流表：A:(量程100 mA,内阻约2　 ); 　　　　 A:(量程0.6 A,内阻约0.3　 ); 电压表：V₁(量程5 V,内阻约5　　 ); 　　　　 V₂(量程15 V,内阻约15　 ); 电源：E₁(电动势为1.5 V，内阻为0.2　 ); 　　　 E₂(电动势为4 V,内阻约为0.04　 ). 为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___________，电压表______________,滑动变阻器________________，电源___________________.(填器材的符号)

解析：据小灯泡的额定电压和额定电流的大小，可选择A₂、V₁和E₂。据分压电路的特点，滑动变阻器应选R₁。

3．便于操作原则：选择控制电路时，既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求，又要注意便于操作。

例9(06北京)某同学用图2所示电路，测绘标有“3.8V ，0.3A”的小灯泡的灯丝电阻随电压变化图象。

1除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：

　　　 电流表：A₁(量程100mA，内阻约2)；　　 A₂(量程0.6A，内阻约0.3)；

　　　 电压表：V₁(量程5V，内阻约5k)；　　 V₂(量程15V，内阻约15k)；

　　　 滑动变阻器：(阻值范围0-10)　　　 (阻值范围0-2k)

　　　 电源：(电动势为1.5V，内阻约为0.2)；　 (电动势为4V，内阻约为0.04)。

为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表　　　　 ，电压表 　　　　　　，滑动变阻器　　　 ，电源　　　　 。(填器材的符号)。

答案：A₂　 V₁　 R₁　　 E₂

2．安全性原则：通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流。

1．准确性原则：选用电表量程应可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，若指针偏转不到满偏角度的1/3，读数误差较大。

3、仪器的选择

器材选择的原则：

2、电路的连接

实验连线是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型。连线时一定要按照电路图。

注意：①连线时把导线接在接线柱上；②电表的正负接，从电表的正接流入，从负接流出；③滑动变阻器应处于有效的控制状态。

例9　利用图1所示的电路测量电流表mA的内阻R_A。图中R₁、R₂为电阻，K₁、K₂为电键，B是电源(内阻可忽略)。

根据图1所给出的电路原理图，在图2的实物图上连线。

　　 答案：电路见图

1、　 实验步骤

　 实验必须按照一定的步骤或程序进行，才能达到预期的效果和实现预期的目的。因此，在实验前，必须正确、科学、合理地安排实验步骤。解答这类问题的实验依据是实验要求和实验原理。

　 链接高考

例8(06全国卷Ⅰ)利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：

A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄

B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽

C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽

D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄

E.去掉滤光片后，干涉现象消失

其中正确的是：_______________。

解析：考查学生实验实验装置及操作获得的实验现象。在本实验中，光的双缝干涉现象中条纹宽度，分析得：(ABD).

实验原理的设计方法：控制变量法、等效替代法、理想化方法、留迹法、模拟法、放大法；

实验误差的控制方法：多次测量法、累积法；

实验数据的测量方法：直接和间接测量；

实验数据的处理方法：直接比较法、平均值法、列表法、图象法。

4、示波器

例7　(07全国卷1)⑴用示波器观察频率为900Hz的正弦电压信号。把电压信号接入示波器Y输入。①当屏幕上出现如图1所示的波形时，应调节　　　 钮。如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节　　 钮或　　　 钮，或这两个组配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内。②如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，则应将　　 置于　　 位置，然后调节　　　 钮。

答案：①竖直位移或↑↓　 衰减或衰减调节　 Y增益

　 ②扫描范围　 1k档位　 扫描微调

第 三 篇：基本实验方法