高中物理实验中如何加强数据处理教学

李兴胜

摘 要：数据处理的核心内容是估算待测量的最佳值，估算测量结果的不确定度并寻求多个待测量间的函数關系。它是物理实验教学中培养学生实验能力和素质的重要环节。高中物理实验中常用的数据处理方法有比较法、平均法、描迹法、列表法、作图法、图解法、逐差法等，其中蕴含着丰富的科学思想和方法，注重实验数据处理的教学是培养科学思想，发现问题、解决问题方法的有效途径，也是每一位学生都要掌握的基本技能。

关键词：高中物理；实验教学；数据处理

比较法是物理实验中极其重要、基本的研究方法，其优点是便于理解，使实验内容化繁为简、便于操作、实验精度高。量筒测体积、长度测量、验证平行四边形定则等是直接比较，电桥法测电阻、半偏法测电表内阻、等臂天平测物体质量、水银热膨胀与温度的线性关系做成的水银温度计是间接比较，采用比较法能启发学生思考，增强学生对相似知识的辨析和迁移能力。

实验测量总有误差，平均值常作为待测量真值的最佳估值，平均法可以减小误差或使实验结果更具普遍性，多次测量找规律，能排除偶然性，剔除误差较大的数据，对实验数据进行修正，提高测量准确度。测量一张纸的厚度、单摆周期测量、干涉条纹宽度测量、测量定值电阻的阻值是多次测量求平均值，减小误差，碰撞实验小球落点、逐差法求加速度多次测量找规律，排除偶然性，小灯泡伏安特性、探究凸透镜成像规律是多次测量物体在不同条件下的物理现象，进行比较。采用平均法可以给学生严格的训练，培养学生的实验能力、良好的实验习惯、严谨的科学作风，实事求是、探求真理的科学态度。

描迹法通过若干次描点、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。等势线的描绘是用电流场模拟电压场、碰撞实验小球速度与水平射程是等效替代，帮助学生建立等效替代的思想，提高空间想象力，培养学生主动参与的意识。用沙摆描绘单摆的振动曲线、用打点计时器记录物体位置、用频闪照相机拍摄平抛的小球位置、用示波器观察交流信号的波形是留迹法，帮助学生建立空间与时间的对应关系，提高空间想象维度。

列表法是对几个量之间的函数关系的测量，或对一个物理量进行多次测量时，把数据列成表格，使大量数据表达清晰醒目、条理化，易于检查数据和发现问题，避免差错，同时有助于反映物理量之间的对应关系。设计的表格要力求简明、齐全、有条理，记录的各物理量的名称（符号）和单位明确，栏目顺序应充分注意数据间的联系和计算顺序，函数关系的数据表格应按自变量由小到大或由大到小的顺序排列，以便于判断和处理。设计一个简明醒目、合理美观的数据表格，是每一个同学都要掌握的基本技能。表格没有固定格式，可以让学生尽力自由发挥、综合考虑、统筹策划，养成良好习惯，培养实验技能，提高学习兴趣。

为了研究物理量之间的相互依存关系，作图法处理数据是一个便利、直观而比较科学的方法。实验数据处理的目的是求近似值，真值是一个理想概念不可测，但可综合多次测量的效果来减小误差，找到尽可能接近真实的值，作图法具有这一功能。根据纸带作V-t图、灯泡的伏安特性曲线、测量电动势和内阻中，作出U-I图线，单摆周期与摆长T2-l图线。作图法处理数据虽然比较麻烦且误差常常较大，但其优点是可发现“错误点”，或根据所得图线与理论图线的比较，进而寻求实验之“失误点”，有利于完善实验原理，改进实验方法。在实验设计、操作无误的情况下，用图像法处理实验数据还可发现新的规律，这也是中学物理学习此法的一个重要原因。作图法把数据间的函数关系形象化，把形象思维和逻辑思维有机地联系在一起，从而达到启迪思维、促进科学创新的目的。

图解法根据实验数据的函数关系，建立数学模型，变曲为直，将实验数据点拟合成一条直线，由图像的斜率、截距、面积、乘积、切线等进一步求出反映该实验物理规律的解析方程。图解法是物理教与学的实践中最重要的方法和工具之一，它的应用能使复杂问题简单化、抽象问题具体化。验证牛顿第二定律实验中a—1/m图像化反比例关系为正比例函数关系，验证机械能守恒定律的实验中v2=2gh将一次函数变量转化为二次变量，单摆测定重力加速度L-T2成一次函数关系，用电阻箱和电流表测电源电动势和内电阻作R-1/I图。引导学生掌握和应用图解法处理实验数据，可以提高学习兴趣，拓展思路，启迪创新思维，提高分析、解决问题的能力，是图像法处理物理问题的进一步升华，是数学方法在物理问题中的又一应用，其中蕴含着丰富的科学思想和方法，也是高考重点内容。

参考文献：

[1]慕蓉.实用是物理教科书的新追求[N].中国教育报，2000.

[2]才永新.仿真物理实验室[N].中国电脑教育报，2000.