物理实验数据处理的基本方法.docVIP

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，促进了物理实验技术的提高。物理实验中的研究方法、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有极大的普遍性、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，其目的不仅要让学生受到严格的、系统的物理实验技能训练，掌握物理科学实验的基本知识、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了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。数据处理的中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。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，下面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，一般要求把各个自变量(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目和统计栏目等。

2.2列表法的优点

列表法简单易行，结构紧凑、条目清晰，既可以简明地反映有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，列表还可以提高处理数据的效率，减少和避免差错。根据需要，把某些计算中间项列出来，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；还能随时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本技能。

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;

2.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;

3.各栏目(纵或横)均应注明所记录的物理量的名称及单位，若名称用自定义

作图必须用坐标纸。当决定了作图的参量以后，根据情况选择直角坐标纸(毫米方格纸)、极坐标纸或其他坐标纸。

直线是最容易绘制的图线，也便于使用，所以在已知函数关系的情况下，作两个变量之间的关系图线时，最好通过适当的变换将某种函数关系的曲线改为线性函数的直线。

例如：

=1\*GB3①QUOTEy=ax+b,y与x，与为线性函数关系，所以选用直角坐标系就可以得直线。

=2\*GB3②QUOTEy=a1x+b,若令QUOTEu=1x，则得QUOTEy=au+b，QUOTEy与u为线性函数关系，以QUOTEy、u作坐标时，在线性直角坐标纸上也是一条直线。

=3\*GB3③QUOTEy=axb，取对数,则为线性函数关系，应选用对数坐标纸，不必对QUOTEx、y作对数计算，就能得到一条直线。

=4\*GB3④QUOTEy=aebx，取自然对数，则QUOTElny=lna+bx，QUOTElny与x为线性函数关系，应选用半对数坐标纸。

图纸大小的选择，原则上以不损失实验数据的有效位数为原则并能包括所有实验点作为选取图纸大小的最低限度，即图上的最小分格至少应与实验数据中最后一位准确数字相当。

坐标的分