中學物理利用計算機擬合實驗圖像

陳勝利

（慶城縣隴東中學 甘肅 慶陽 7451 00 ）

物理實驗中常用作圖法處理實驗數據，其優點是直觀、形象，便于比較、研究實驗結果．但由于一切測量都有誤差，用作圖法求解的參數也必然有誤差．學生只根據散點圖作直線或曲線，就不可避免地引起主觀誤差，同一組實驗數據不同學生處理，結果相差很大．教師在教學過程中，也缺乏準確的標準和依據，教學中不好把握．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．但專業數據處理軟件復雜，不易掌握，中學物理實驗數據常用Excel自帶數據庫中的線性擬合工具對此類數據進行處理．下面以電學實驗中三種典型的伏安特性曲線為例，教給學生初步運用Excel軟件處理物理實驗數據的方法．

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，測量金屬絲電阻數據如表1．

表1 測量金屬絲電阻的數據表

啟動Excel，輸入數據后選取數據，點插入圖表，在標準類型中選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，在趨勢預測／回歸分析類型中選線性，調整坐標軸格式，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圖像求導體的電阻的方法．

圖2

2 測電源電動勢和內阻實驗中的線性擬合

在用伏安法測定電池電動勢和內阻的實驗中，記錄的數據如表2．

表2 測電動勢和內阻的數據表

啟動Excel，輸入數據后選取數據如圖3所示，插入圖表，在標準類型選擇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阻，體會物理數據的處理方法．作出此圖困難在于畫與坐標軸的交點，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，某同學為研究這一現象，用伏安法測量得到如表3的數據．

表3 測量小燈泡燈絲電阻的電壓、電流表

啟動Excel，輸入數據后選取數據如圖6所示，插入圖表，在標準類型選擇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據，對比明顯，效果良好，既可以讓學生學到物理知識，也為學生提供了廣闊的學習途徑，值得在教學中不斷挖掘和開發．