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        高中物理實驗中如何加強數(shù)據(jù)處理教學

        2018-02-24 06:29:51李興勝
        新課程(下) 2018年1期
        關鍵詞:圖線單擺表格

        李興勝

        (甘肅省白銀市會寧縣第五中學)

        比較法是物理實驗中極其重要、基本的研究方法,其優(yōu)點是便于理解,使實驗內容化繁為簡、便于操作、實驗精度高。量筒測體積、長度測量、驗證平行四邊形定則等是直接比較,電橋法測電阻、半偏法測電表內阻、等臂天平測物體質量、水銀熱膨脹與溫度的線性關系做成的水銀溫度計是間接比較,采用比較法能啟發(fā)學生思考,增強學生對相似知識的辨析和遷移能力。

        實驗測量總有誤差,平均值常作為待測量真值的最佳估值,平均法可以減小誤差或使實驗結果更具普遍性,多次測量找規(guī)律,能排除偶然性,剔除誤差較大的數(shù)據(jù),對實驗數(shù)據(jù)進行修正,提高測量準確度。測量一張紙的厚度、單擺周期測量、干涉條紋寬度測量、測量定值電阻的阻值是多次測量求平均值,減小誤差,碰撞實驗小球落點、逐差法求加速度多次測量找規(guī)律,排除偶然性,小燈泡伏安特性、探究凸透鏡成像規(guī)律是多次測量物體在不同條件下的物理現(xiàn)象,進行比較。采用平均法可以給學生嚴格的訓練,培養(yǎng)學生的實驗能力、良好的實驗習慣、嚴謹?shù)目茖W作風,實事求是、探求真理的科學態(tài)度。

        描跡法通過若干次描點、頻閃照相、用打點計時器打點等記錄形式,直觀形象地顯現(xiàn)實驗結果。等勢線的描繪是用電流場模擬電壓場、碰撞實驗小球速度與水平射程是等效替代,幫助學生建立等效替代的思想,提高空間想象力,培養(yǎng)學生主動參與的意識。用沙擺描繪單擺的振動曲線、用打點計時器記錄物體位置、用頻閃照相機拍攝平拋的小球位置、用示波器觀察交流信號的波形是留跡法,幫助學生建立空間與時間的對應關系,提高空間想象維度。

        列表法是對幾個量之間的函數(shù)關系的測量,或對一個物理量進行多次測量時,把數(shù)據(jù)列成表格,使大量數(shù)據(jù)表達清晰醒目、條理化,易于檢查數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)問題,避免差錯,同時有助于反映物理量之間的對應關系。設計的表格要力求簡明、齊全、有條理,記錄的各物理量的名稱(符號)和單位明確,欄目順序應充分注意數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和計算順序,函數(shù)關系的數(shù)據(jù)表格應按自變量由小到大或由大到小的順序排列,以便于判斷和處理。設計一個簡明醒目、合理美觀的數(shù)據(jù)表格,是每一個同學都要掌握的基本技能。表格沒有固定格式,可以讓學生盡力自由發(fā)揮、綜合考慮、統(tǒng)籌策劃,養(yǎng)成良好習慣,培養(yǎng)實驗技能,提高學習興趣。

        為了研究物理量之間的相互依存關系,作圖法處理數(shù)據(jù)是一個便利、直觀而比較科學的方法。實驗數(shù)據(jù)處理的目的是求近似值,真值是一個理想概念不可測,但可綜合多次測量的效果來減小誤差,找到盡可能接近真實的值,作圖法具有這一功能。根據(jù)紙帶作V-t圖、燈泡的伏安特性曲線、測量電動勢和內阻中,作出U-I圖線,單擺周期與擺長T2-l圖線。作圖法處理數(shù)據(jù)雖然比較麻煩且誤差常常較大,但其優(yōu)點是可發(fā)現(xiàn)“錯誤點”,或根據(jù)所得圖線與理論圖線的比較,進而尋求實驗之“失誤點”,有利于完善實驗原理,改進實驗方法。在實驗設計、操作無誤的情況下,用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)還可發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律,這也是中學物理學習此法的一個重要原因。作圖法把數(shù)據(jù)間的函數(shù)關系形象化,把形象思維和邏輯思維有機地聯(lián)系在一起,從而達到啟迪思維、促進科學創(chuàng)新的目的。

        圖解法根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的函數(shù)關系,建立數(shù)學模型,變曲為直,將實驗數(shù)據(jù)點擬合成一條直線,由圖像的斜率、截距、面積、乘積、切線等進一步求出反映該實驗物理規(guī)律的解析方程。圖解法是物理教與學的實踐中最重要的方法和工具之一,它的應用能使復雜問題簡單化、抽象問題具體化。驗證牛頓第二定律實驗中a—1/m圖像化反比例關系為正比例函數(shù)關系,驗證機械能守恒定律的實驗中v2=2gh將一次函數(shù)變量轉化為二次變量,單擺測定重力加速度L-T2成一次函數(shù)關系,用電阻箱和電流表測電源電動勢和內電阻作R-1/I圖。引導學生掌握和應用圖解法處理實驗數(shù)據(jù),可以提高學習興趣,拓展思路,啟迪創(chuàng)新思維,提高分析、解決問題的能力,是圖像法處理物理問題的進一步升華,是數(shù)學方法在物理問題中的又一應用,其中蘊含著豐富的科學思想和方法,也是高考重點內容。

        [1]慕蓉.實用是物理教科書的新追求[N].中國教育報,2000.

        [2]才永新.仿真物理實驗室[N].中國電腦教育報,2000.

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