物理实验数据处理的基本方法

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1、1引言物理学的理论是通过观察、实验、抽象、假说等研究方法，并通过实验建立起来的。所以，物理学从根本上讲是一门实验科学，科学实验在物理学的形成和发展中处于主导地位。在物理学的发展中，人类积累了丰富的实验方法，创造出各种精密的仪器设备，促进Y物理实验技术的提高。物理实验屮的研究方法、观察与分析手段、各种常规和精密的仪器设备在现代科学和工程实践中均具奋极大的普遍性、综合性、多样性和广延性，促进了物理学的发展、自然科学的变革、以及工业技术的革命。物理实验是人为地创造出一种条件，按照预定计划，以确定顺序重现一系列物理过程或物理现象，其B的不仅要让学生受到严格的、系统的物理实验技能训练，掌

2、握物理科学实验的基木知识、方法和技术，更重要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生理论联系实际、分析和解决问题的能力。科学实验的目的是为丫找出事物的内在规律，或检验某种理论的正确性，或准备作为以后实践工作的依据。在物理实验中，我们要对一些物理量进行测量，得到与之相关的数据，而对实验数据进行记录、整理、计算、作图和分析，去粗取精，去伪存真，得到最终结论和实验规律的过程称为数据处理。数据处理是否科学，决定科学结论能否建立与推广，它是物理实验教学中培养学生实验能力和素质的重要环节。数据处理的屮心内容是估算待测量的最佳值，估算测量结果的不确定度或寻求多个待测量间的函数关系

3、。不会处理数据或数据处理方法不当，就得不到正确的实验结果。由此可知，数据处理在整个实验过程中有着举足轻重的地位。在物理实验中常用的数据处理方法有列表法、作图法、图解法、逐差法和最小二乘法（直线拟合）等，下而就各方法的内容作详细的介绍。2列表法2.1列表法的基本概述列表法就是将实验中测量的数据、计算过程数据和最终结果等以一定的形式和顺序列成表格。列表法是记录和处理数据的基本方法，也是其他数据处理方法的基础，一个好的数据处理表格，往往就是一份简明的实验报告。实验数据既可以是同一个物理量的多次测量值及结果，也可以是相关几个量按一定格式有序排列的对应的数值。在实验过程中，对一个物理量进

4、行多次测量或研究几个量之间的关系时，我们往往借助的就是列表法进行数据处理。然而，表格的格式需要按照不同的实验事先设计，一般耍求把各个自变量（实验中测量的量）数据、计算过程数值、因变量数值、最后结果按照一定的顺序列成两维表格。可以采用首行是符号栏，首列是序号栏，其余是数据栏的格式。根据需要还可以列出除原始数据以外的计算栏0和统计栏0等。2.2列表法的优点列表法简单易行，结构紧凑、条0清晰，既可以简明地反映冇关量之间的函数关系，便于及时检查和发现实验中存在的问题，判断测量结果的合理性；又有助于分析实验结果，找出有关物理量之间存在的规律性联系，进而求出经验公式。不仅如此，列表还可以提

5、高处理数据的效率，减少和避免差错。根据需耍，把某些计算屮间项列出来，不但有利于进行有效数字的简化处理，避免不必要的重复计算；还能随吋与原始数据进行核对，判断运算是否有错。所以，设计一个简明醒目、合理美观的数据表格，是每一位学生都要掌握的基木技能。2.3列表法遵循的原则列表虽然没有统一的格式，但所设计的表格要能充分反映上述优点，应遵循以下原则：1.表的上方应有表头，写明所列表格的名称；1.标题栏目要简单明了、分类清楚，便于显示有关物理量之间的关系；2.各栏A（纵或横）均应注明所记泶的物理量的名称及单位，若名称用自定义符号，则应加以说明；1.栏目的顺序应充分注意数据间的联系和计算顺

6、序，力求简明、齐全、有条2.列表中的数据主要应是原始测量，数据不应随便涂改，处理过程中的一些重要的中间计算结果也应列入表中；3.对数据的表格，应提供必耍的说明和参数，包括表格名称、主要测量仪器的规格（型号、量程、准确度级别或最大允许误差等）、有关环境参数等；4.必要时附加说明。总而言之，列表的过程就是整理实验思绪的过程，只奋在清楚了解并通盘考虑实验目的、原理、方法、步骤以及误差处理要求的基础上，才能列出科学、合理、实用、方便的数据处理表格。例2.1测量电阻的伏安特性，记录数据如下表:表2.1测电阻伏安特性数据记录表序号(

7、0.0.0.0.0.0.0.0.00.0I1(t((亀l1111/mA.0.0.0.1.9.71.83.86.07.99.93.作图法3.1作法的基本概述物理实验中测得的各物理量之间的关系，可以用函数式表示，也可以用各种图线表示，后者称为实验数据的图线表示法。实验产生的大量数据其相互之间的关系不是很直观，仅仅通过这些数据的观察是难以把握它们之屮所蕴涵的科学内涵的。然而通过动手作图能右效地帮助人们形象地，有联系地“看到”这些数据,从而更有效地进行处理分析与推理，这正是数据的可视化。它把形象思维