注重實驗教學細節提高數據處理能力

張永前

〔關鍵詞〕 中學物理；實驗；教學細節；數據；坐標系

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463（2012）12—0088—０2

實驗是物理教學的基礎。在實驗中，一些微不足道的實驗操作細節或數據處理細節往往是實驗成功的關鍵.這就要求物理教師在教學過程中著重培養學生的實驗能力，既要培養他們科學、規范、細致的操作能力，也要培養他們科學、認真、靈活的數據處理能力.在高三第一輪復習中，我給學生布置了一道物理作業題，學生們做作業時個個滿有把握，而閱完作業后我卻大失所望.

原題如下：(1)在用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內電阻的實驗中備有以下器材：A.干電池1節；B．滑動變阻器(0～20 Ω)；C．滑動變阻器(0～1kΩ)；D．電壓表(0～3 V)；E．電流表(0～0.6 A)；F．電流表(0～3 A)；G．開關、導線若干.其中滑動變阻器應選，電流表應選.(2)為了最大限度地減小實驗誤差，請在下面的虛線框中畫出該實驗最合理的電路圖.(3)某同學記錄的實驗數據如下表所示，試根據這些數據畫出U－I圖線，根據圖線得到被測電池的電動勢E＝V，內電阻r＝Ω.

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雖然這道題沒有涉及復雜的理論知識，但許多學生還是會失分，他們所畫的圖象差誤較大，有的學生畫出的圖象太小，有的太高，有的太平，甚至有的圖象超出了坐標紙范圍，有的圖線延長后與縱軸的交點出格，無法讀取電動勢.學生們花了好長時間做題，而得出的答案卻在誤差范圍之外，最終還是無法得分，真是事倍功半.主要原因是學生不夠重視實驗細節，數據處理能力欠缺.而這種數據處理能力差具體體現在坐標系的建立上.他們不能準確地建立坐標系，更不能科學地取單位長度，最終導致所畫圖象偏離太大，得不出答案.那么，如何建立坐標、如何選取單位長度才能在有限的空間上畫出大小適中、布局合理的圖象從而提高實驗精度呢？

1.觀察兩組數據的數值分布特征，確定坐標的起始標值（這個起始值用P表示）.

若該組數據中從零到最大值之間數據分布勻稱，則坐標起始標值取零，如上題中電流的數據在0～0.4A之間數據分布勻稱，則表示電流的橫坐標的起始標值取零（即該坐標軸從零開始標值）.

若該組數據中從零到最大值之間數據分布不勻稱，則坐標起始標值一般不取零（即該坐標軸不從零開始標值），一般取略小于該組中最小值的某個整數值為起始標值.

如上題中電壓數據從0～1.32V之間數值分布不勻稱，0～0.93V之間沒有數據，而數據都分布在0.93V～1.32V之間，故起始標值可取略小于0.93V的較整的數0.9V(或0.8V)為起始標值（即縱坐標從0.9V或0.8V開始標值，取0.9V時精度高）.

2.確定分度值（最小一格所表示的數值）.

①取略大于測量數據中最大值的較整值（這個最大整值用Q表示），在上題中縱軸電壓最大值1.32V，取略大于1.3V的較整值1.5V，即Qy=1.5V；橫軸取略大于電流最大值0.4A的較整值0.5A，即Qx=0.5A.

②計算最大整值Q與起始標值P的差（這個差用△表示）即△=Q-P.在上題中縱軸電壓分度△y=1.5-0.9=0.6V或△y=1.5-0.8=0.7V；橫軸電流分度： △x=0.5-0=0.5A.

③數出坐標紙中橫、縱軸的總格數（分別用n橫、n縱表示），在上題中n橫=20，n縱=16≈15.

④利用D=■計算分度值（D表示分度值）.

在上題中橫軸電流分度值Dx=■=■=0.025A；縱軸電壓分度值Dy=■=■=0.04V.

3.在坐標軸上標值，每隔N格標一個數值，N應取能使DN=整值的數.

在上題中縱軸5×Dy=50×0.04=0.2V，故每隔5格標一個數值；橫軸4 ×Dx=4×0.025=0.1A，故每隔4格標一個數值.至此坐標建立結束.

按照上面的方法步驟就能建出較為合理的坐標系，然后根據數據描點、連線后就可以計算出結果。根據以上方法得出的結果不是唯一的，因為有些數據能根據具體情況適當放縮，但出入不會太大.若按照這種方法設計，得出的圖象大小適中，不會出格且精度高.根據以上方法，上題中的U－I圖線如圖所示.

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以上步驟是以盡量提高實驗精度、充分利用有效空間為原則而設計的，故利用此圖能比較準確的求出E、r的值.由于我們在平時教學中忽略了這樣的細節，導致學生缺乏處理數據的能力.畫圖時無目標、無原則地隨心設計，得到的圖形精度極差，不能得出準確答案，無法得分.

由以上例題可以看出，在實驗教學中教師要重視實驗細節，這不僅僅是為了讓學生會做題得高分，更重要的是要培養學生的數據處理能力.

編輯：張昀