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        中學(xué)物理利用計算機擬合實驗圖像

        2014-06-29 09:02:34陳勝利
        物理通報 2014年4期
        關(guān)鍵詞:伏安內(nèi)阻燈泡

        陳勝利

        (慶城縣隴東中學(xué) 甘肅 慶陽 7451 00 )

        物理實驗中常用作圖法處理實驗數(shù)據(jù),其優(yōu)點是直觀、形象,便于比較、研究實驗結(jié)果.但由于一切測量都有誤差,用作圖法求解的參數(shù)也必然有誤差.學(xué)生只根據(jù)散點圖作直線或曲線,就不可避免地引起主觀誤差,同一組實驗數(shù)據(jù)不同學(xué)生處理,結(jié)果相差很大.教師在教學(xué)過程中,也缺乏準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù),教學(xué)中不好把握.如果利用計算機不僅可以提高實驗效率,而且可以減小作圖所帶來的誤差,提高實驗的精確度.但專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件復(fù)雜,不易掌握,中學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)常用Excel自帶數(shù)據(jù)庫中的線性擬合工具對此類數(shù)據(jù)進行處理.下面以電學(xué)實驗中三種典型的伏安特性曲線為例,教給學(xué)生初步運用Excel軟件處理物理實驗數(shù)據(jù)的方法.

        1 固定電阻伏安特性曲線擬合

        在測定金屬絲的電阻率實驗中,測量金屬絲電阻數(shù)據(jù)如表1.

        表1 測量金屬絲電阻的數(shù)據(jù)表

        啟動Excel,輸入數(shù)據(jù)后選取數(shù)據(jù),點插入圖表,在標(biāo)準(zhǔn)類型中選X Y散點圖,在子圖表類型中選擇平滑線散點圖,如圖1.

        圖1

        右鍵點擊曲線后,彈出添加趨勢線對話框,在趨勢預(yù)測/回歸分析類型中選線性,調(diào)整坐標(biāo)軸格式,得到固定電阻的伏安特性曲線如圖2所示.對圖2研究,使學(xué)生體會多次測量求平均值的方法可以減少誤差,利用I-U圖像求導(dǎo)體的電阻的方法.

        圖2

        2 測電源電動勢和內(nèi)阻實驗中的線性擬合

        在用伏安法測定電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中,記錄的數(shù)據(jù)如表2.

        表2 測電動勢和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)表

        啟動Excel,輸入數(shù)據(jù)后選取數(shù)據(jù)如圖3所示,插入圖表,在標(biāo)準(zhǔn)類型選擇X Y散點圖,子圖表類型選擇平滑線散點圖.

        圖3

        右鍵點擊曲線,添加趨勢線,類型選擇線性,在趨勢線格式選項中,有趨勢預(yù)測前推0.1,再后推0.12 ,如圖4所示,得到電源的伏安特性曲線如圖5.

        圖4

        圖5

        利用圖像可以求電動勢和內(nèi)阻,體會物理數(shù)據(jù)的處理方法.作出此圖困難在于畫與坐標(biāo)軸的交點,可以利用選項中的前推和倒推.

        3 測小燈泡伏安特性曲線的非線性擬合

        小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大,某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象,用伏安法測量得到如表3的數(shù)據(jù).

        表3 測量小燈泡燈絲電阻的電壓、電流表

        啟動Excel,輸入數(shù)據(jù)后選取數(shù)據(jù)如圖6所示,插入圖表,在標(biāo)準(zhǔn)類型選擇X Y散點圖,子圖表類型選擇平滑線散點圖.

        圖6

        圖7

        點擊確定后,就得到了小燈泡的伏安特性曲線如圖7所示,由圖像可以體會小燈泡的電阻隨溫度升高而增大,利用圖像可以求出小燈泡在不同電壓電流下的電阻.

        利用計算機擬合物理實驗數(shù)據(jù),對比明顯,效果良好,既可以讓學(xué)生學(xué)到物理知識,也為學(xué)生提供了廣闊的學(xué)習(xí)途徑,值得在教學(xué)中不斷挖掘和開發(fā).

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