高中物理实验数据处理方法

第3节 实验：电池电动势和内阻的测量

核心素养 物理观念 科学思维 科学探究

知道测定电池的电动势和内阻的实验原理：闭合电路的欧姆定律。 1.会设计测定电池电动势和内阻的“伏安法”“伏阻法”“安阻法”的电路图。

2.体会图像法处理数据的优势，体会“化曲为直”的思想方法。 1.根据“伏安法”测定电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材、正确连接电路、规范实验操作。

2.能进行分组、自主合作探究，并对信息进行数据处理。

一、实验目的

1.理解测量电源的电动势和内阻的基本原理，体验测量电源的电动势和内阻的实验过程。

2.会用解析法和图像法求解电动势和内阻。

3.掌握利用仪器测量电源电动势和内阻的方法，并能设计简单的电路和选择仪器。

二、实验方案设计

1.伏安法：由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，电路图如图所示。

2.安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，电路图如图所示。

3.伏阻法：由E＝U＋URr知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，电路图如图所示。

三、实验器材

在不同的方案中需要的实验器材略有不同，分别如下：

方法1：待测电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干，坐标纸。

方法2：待测电池一节，电流表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。

方法3：待测电池一节，电压表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。

四、实验步骤(以方法1伏安法为例)

1.电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路。

2.把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大。

3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)。用同样的方法测量几组I、U值。

4.断开开关，整理好器材。

5.处理数据，用解析法和作图法求出电池的电动势和内阻。

高中物理实验测量重力加速度

实验目的：测量重力加速度。

实验仪器：求重仪（简谐振动法测重力加速度实验装置）、计时器、直尺、金属球。

实验原理：

重力加速度是物体在重力作用下的加速度，一般用符号"g"表示。重力加速度是指物体在自由下落过程中获得的速度每秒增加的数值。在地球表面，重力加速度的数值约等于9.8 m/s²，常用符号9.8 m/s²表示。

实验步骤：

步骤一：调整求重仪

将求重仪放在平稳的水平台上。打开求重仪的仪器开关，待显示屏上数字稳定后，按下“归零”键将仪器归零。

步骤二：测量基准长度

用直尺测量求重仪上方固定支架和下方测重支架之间的距离，记录为L₀。

步骤三：测重

将金属球放在求重仪下方的测重支架上。等待一段时间使求重仪显示屏上数值稳定后，按下“测重”键，记录显示屏上的测重数值为F。

步骤四：计时 按下计时器的启动键，同时用手指轻轻拉开金属球使其离开测重支架，开始自由下落。

步骤五：停止计时

当金属球下落到一定高度时，按下计时器的停止键，记录下自由下落所需的时间t。

实验数据处理：

数据处理一：计算金属球的重力

根据测重结果F，计算金属球受到的重力G=F。

数据处理二：计算自由下落所需的时间t

将记录下的时间t转化为秒。

数据处理三：计算重力加速度g

本实验中，自由下落的加速度为重力加速度g，根据自由落体运动公式 y=1/2gt²，可以得到g=2y/t²，其中y是自由下落的距离，即y=L₀-L。

实验结果与分析：

根据实验数据处理的结果，我们可以计算出金属球受到的重力、自由下落所需的时间以及重力加速度的数值。

对于金属球受到的重力，我们可以观察到它的数值与金属球的质量成正比。即金属球的质量越大，受到的重力也越大。 对于自由下落所需的时间，我们可以观察到当自由下落距离相同时，时间也是相等的。这符合自由落体运动的规律。

最后，根据计算得到的重力加速度的数值，我们可以发现它接近于9.8 m/s²，这与地球表面的重力加速度数值相近，说明实验结果比较准确。

第２９卷总第４０３期　

２０１１年第１期（上半月）　物理教学探讨　

Ｊｏｕｒｎａ１　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４０３　

（Ｓ）　ｌ＿２Ｏｌ１　．５９　

用倒数图像法处理高中物理实验数据　

俞伯根　

浙江省绍兴县豫才中学，浙江省绍兴县３２１００８　

图像法是处理实验数据常用方法之一，它　

的优点在于：一是用图线表示相关物理量的关系　

具有直观、形象的特点；二是图线作出后，还可以　

由图线的斜率、截距、包围的面积求出相关物理　

量，并可以结合图像对所涉及的问题进行讨论；　

三是图像法有取平均值的效果，可以排除偶然误　

差，提高实验的精确度。通过图像，学生可以从中　

方便地看出所求的物理量以及从实验中得出的　

结论，从而揭示物理本质或规律。然而当被测量　

的函数为非线性关系时，一般要找出规律比较困　

难，也很难从曲线中作出正确的判断，这时可进　

行变数置换，把曲线转换为直线，使问题的处理　

简单化。其中倒数法是这种变换的常用方法，本　

文结合课本实验及近年来的高考题，谈谈倒数法　

在力学、热学和电学实验中的应用。　

ｌ　探究加速度ａ与物体所受合力Ｆ及质量ｉｖ／，／问　

关系实验中的应用　

该实验中由于Ｆ和ｍ都是变量，所以必须采　

用控制变量法。一是保持小车和钩码的总质量；ｑｌ　

不变，改变拉小车钩码的个数即改变合力Ｆ。从　

实验中得到的数据作出ｎ—Ｆ图线，很容易由图中　

的一条直线得出ｔ．／与Ｆ的关系：“ｏＣ　Ｆ。二是保持　

合力Ｆ不变，改变小车的载重质量，记下小车的　

加速度６／与质量／＇ｎ多组数据，此时若直接作出６／一　

ｍ图线是一条曲线，不容易找出“与质量ｍ的关　

系，为直观反映Ｆ不变时“与　的关系，可作“一　

１　１　关系图线。若ｎ一　图线是一条直线，说明物体　¨ｌ¨ｔ　所受合力Ｆ一定时加速度“与质量ｍ成反比。　

例１　某同学设计了一个探究加速度与物　

体所受合力ｌ　Ｆ及质量　间关系的实验。图１（“）　

为实验装置简图，Ａ为小车，Ｂ为打点计时器，ｃ　

高中物理必修三教学讲义—实验：金属丝电阻率的测量

[学习目标] 1.掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法.

2.了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方法．

一、实验思路

设计实验电路，如图1，取一段金属电阻丝连接到电路中，测出电阻丝的电阻R、长度l和直径d(S＝πd24)，由R＝ρlS得：ρ＝RSl(用R、S、l表示)＝πd2R4l(用R、d、l表示)，从而计算出该电阻丝所用材料的电阻率．

图1

二、物理量的测量

1．电阻的测量

根据伏安法测电阻的思想：用电压表测电阻丝两端的电压，用电流表测电阻丝中的电流，读出多组电压、电流值，通过U－I图像求R.

2．电阻丝有效长度的测量

用刻度尺测量电阻丝接入电路的有效长度l.反复测量多次，得到有效长度的平均值．

3．电阻丝直径的测量

电阻丝比较细，所以我们采用累积的方法测量，或选取螺旋测微器或游标卡尺来测量电阻丝的直径d.在不同位置测量三次，取平均值d后，根据S＝14πd2计算出电阻丝的横截面积S.

三、数据分析

1．数据处理

(1)公式法求电阻：测量多组电流、电压值，求出对应的电阻后取平均值，不能对电流、电压取平均值．

(2)图像法求电阻：作出U－I图像，由图像的斜率求出电阻值，在设定标度时要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点可以不予考虑．

(3)计算导体的电阻率：将三个测量值代入公式ρ＝RSl＝πd2R4l即可求电阻丝的电阻率．

2．误差分析

(1)电阻丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率略大．

(2)电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确．

一、实验原理和操作

在“测定金属丝的电阻率”的实验中：

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图2所示，则该金属丝直径的测量值d＝________ mm.

图2

(2)请根据如图3甲所示电路图，用笔画线代替导线将图乙中的实验器材连接起来，并使滑动变阻器的滑片P置于b端时接通电路后的电流最小．