實驗數據的獲取與處理

楊少卿

在測定性、驗證性、研究性和探究性實驗中，我們往往依據實驗原理，巧妙地設計一系列實驗，測量出某些物理量的數據，科學地分析和處理數據，得出不能直接測出的物理量；也可以在誤差允許的范圍內，驗證某些物理原理或規律，探究幾個相關聯物理量之間的定性或定量關系。正確獲取并處理好實驗數據是物理實驗的關鍵環節。

[獲取數據的途徑]

1. 直接從測量工具上讀取.除了基本讀數的方法外，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. 改變實驗條件，測出多組數據。如在描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗中，調節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。在探究彈簧的伸長和受到的外力關系的實驗中，是不斷增加鉤碼的個數，來測量對應的伸長量[Δx]。

3. 從軌跡圖上獲取數據。（1）從紙帶上獲取數據。如在“研究勻變速直線運動”“驗證機械能守恒定律”“測自由下落物體運動的重力加速度”等實驗中，紙帶上記錄的是運動物體（或者質點）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。（2）從坐標系上獲取數據。如在“研究平拋物體的運動”中，通過描跡的方法，得到了物體做平拋運動的軌跡，只要把描出的軌跡圖線放在坐標系內，就可以讀出幾個特殊點的坐標，從而分析平拋運動的特點，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驗中，為了得到油膜的面積，采用近似的思想，用數小格子的方法，估測油膜的面積。

[處理數據的方法]

1. 作圖法。（1）作力的圖示：如在“驗證平行四邊形定則”的實驗中，用作力的圖示法，比較[F1]與[F2]的合力[F]的圖示與實驗中測量出來的[F測]的圖示之間的位置和大小關系，從而驗證在誤差允許的范圍內平行四邊形定則的正確性。（2）描跡法：如在“研究平拋物體的運動”“描繪等勢線”實驗中，通過描繪軌跡的方法來處理數據。（3）畫光路圖：如在“測定玻璃的折射率”的實驗中，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線段。

2. 解析法。解析法就是從實驗原理出發，把得到的數據代入相應的物理公式、定理或者定律，列方程求解，最后得出結論。如在“研究勻變速直線運動”的實驗中，利用公式[vn=xn+1-xn-12T]求某點的瞬時速度，利用逐差法[Δs=aT2]求運動過程中的平均加速度a。在“驗證機械能守恒定律的實驗”中，由比較減少的重力勢能[mgΔh]與增加的動能[12mv22-12mv21]，轉化為比較[gΔh]和[12v22-12v21]，要是在誤差允許的范圍內兩個量相等，便可以驗證機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系”“測定電源的電動勢和內阻”等實驗中，處理多組實驗數據時，總是先建立平面直角坐標系，作出相應的圖像（一般是直線），再從圖像上獲取信息（直線的斜率，坐標軸上的截距等）并處理這些信息，從而得出結論。