实验数据的获取与处理

杨少卿

在测定性、验证性、研究性和探究性实验中，我们往往依据实验原理，巧妙地设计一系列实验，测量出某些物理量的数据，科学地分析和处理数据，得出不能直接测出的物理量；也可以在误差允许的范围内，验证某些物理原理或规律，探究几个相关联物理量之间的定性或定量关系。正确获取并处理好实验数据是物理实验的关键环节。

[获取数据的途径]

1. 直接从测量工具上读取.除了基本读数的方法外，对于微小量，通常还会采用“积少成多”的方法——累积法。如在“用双缝干涉测波长”的实验中，相邻两亮条纹间距[Δx]很小，可以先测量多级条纹的间距，再用[Δx=xn-xmn-m]，求出[Δx]。

2. 改变实验条件，测出多组数据。如在描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，调节滑动变阻器滑片的位置，从0开始，测出多组电压表和电流表的示数。在探究弹簧的伸长和受到的外力关系的实验中，是不断增加钩码的个数，来测量对应的伸长量[Δx]。

3. 从轨迹图上获取数据。（1）从纸带上获取数据。如在“研究匀变速直线运动”“验证机械能守恒定律”“测自由下落物体运动的重力加速度”等实验中，纸带上记录的是运动物体（或者质点）在不同时刻所在的位置，因此，可以从纸带上测量出不同时刻的位置坐标。（2）从坐标系上获取数据。如在“研究平抛物体的运动”中，通过描迹的方法，得到了物体做平抛运动的轨迹，只要把描出的轨迹图线放在坐标系内，就可以读出几个特殊点的坐标，从而分析平抛运动的特点，计算出测物体的初速度。

4. 辅助方法。如在用油膜法测分子直径的实验中，为了得到油膜的面积，采用近似的思想，用数小格子的方法，估测油膜的面积。

[处理数据的方法]

1. 作图法。（1）作力的图示：如在“验证平行四边形定则”的实验中，用作力的图示法，比较[F1]与[F2]的合力[F]的图示与实验中测量出来的[F测]的图示之间的位置和大小关系，从而验证在误差允许的范围内平行四边形定则的正确性。（2）描迹法：如在“研究平抛物体的运动”“描绘等势线”实验中，通过描绘轨迹的方法来处理数据。（3）画光路图：如在“测定玻璃的折射率”的实验中，不论采用什么方法测定，最终都要作光路图，找到两个角（入射角和折射角）以及计算这两个角的正弦的有关线段。

2. 解析法。解析法就是从实验原理出发，把得到的数据代入相应的物理公式、定理或者定律，列方程求解，最后得出结论。如在“研究匀变速直线运动”的实验中，利用公式[vn=xn+1-xn-12T]求某点的瞬时速度，利用逐差法[Δs=aT2]求运动过程中的平均加速度a。在“验证机械能守恒定律的实验”中，由比较减少的重力势能[mgΔh]与增加的动能[12mv22-12mv21]，转化为比较[gΔh]和[12v22-12v21]，要是在误差允许的范围内两个量相等，便可以验证机械能守恒定律的正确性。

3. 图像法。如在“单摆测重力加速度”“探究做功与速度变化的关系”“测定电源的电动势和内阻”等实验中，处理多组实验数据时，总是先建立平面直角坐标系，作出相应的图像（一般是直线），再从图像上获取信息（直线的斜率，坐标轴上的截距等）并处理这些信息，从而得出结论。