测 莞 自由藩鳞加速度实验数据处理方菘探霓
◇
浙江
周纪 良
学生在 学 习 了匀 变速 直线运 动 的 矿£图象 和公 式
以也 可利 用做 匀 变 速直 线 运 动 的物 体 在 相邻 相 等 时
间内的位 移差 A x 一 =盘 2 = T 推论 求解 . = 问题 3 :按此 方法 , 1 够 了吗? 该 怎样操 作? 求 次
后 , 何选 用合 适 的公 式 , 如 怎样 理 解 和运 用 图象 的 意 义. 对 于提 高 学 生 对 实 验 数 据 处 理 能 力 是 至关 重 这
要的.
学生 回答 : 不够 , 这样 偶 然误 差 大. 要求 4次再 需
频 闪摄 影 是 研 究 变 速 求平 均值 , 即
gl一 ,
案例
运 动 常用 的 实验 手 段 . 暗 室 中 , 在
照相 机 的快 门 处 于 常 开 状 态 , 频 闪仪 每隔一 定 时 间发 出 1次 短 暂 的强 烈 闪光 , 亮 运 动 的 物体 , 照 于
是 胶 片上 记 录 了物 体 在 几 个 闪 光 时刻 的 位 置 . 1是 小 球 自南 下 图
一
垒 二垒
’
Ax4 Ax3 一
g。一 — ,
落 时 的 频 闪 照 片 , 闪 仪 每 隔 频
O 0 闪光 1次. . 4S 如果 要通 过这 幅
Ax5 A:4 一 r
g4 — 一 ,
照 片 测 量 自 由落 体 加 速 度 , 以 可
采 用 哪 几 种 方 法 ?试 一 试 . 片 照
图 1
= = =
一
番 +
‘
中 的 数 字 是 小 球 距 起 落 点 的 距
_ ( 二垒 ! 二垒 ± 垒 垒 : ± 垒 二垒
4
离 , 位是 c 单 m.
问题 1 记 录实 验数 据一 般采 用什 么方法 ? :
则
一
8 4m 2 .
学生 回答 一般采 用列 表法 .
ts / O 0 0 .4 0 0 .8 0 1 .2 O 1 .6 O 2 .O
教 师引导 : 上 述 推 导 过 程 发 现 , 从 中问 测 量 值 全
部 抵消 了 , 有始 末 2次测 量 值 在起 作 用 , 能 起 到 只 未 平 均 的作 用 , 能 用 此 办法 进 行 平 均 值 的处 理 . 了 不 为
1 . 25 l. 96
xc /m
O
O8 .
32 .
71 .
使每组数据起作用 , 充分利用多次测量减少偶然误差
的优 点 , 可用逐 差法 处理 数 据. 体 操 作是 , 具 先把 测 量
数 据分成 2 : 组 一组 为 A 1& - A j另 一 组 为 3 x ;z,x , 2 ,
,
问题 2 有 哪几 种方 法可 以测得 自由落体 加 速度? :
学生首先想到公式法, 一去g。 即 £, 得到
g1 一
A 接 着取 对应 项 的差 , 体 演 算 略. 得 一 x. 具 算
.
9 6 ・ .
9m S
t 2
一
(.4 2 O 0 )
m ' 2 1 . . 2, s — 0 0m s
‘
’
问题 4 :除采 用公式 法之外 , 没有 其他 方法 ? 有
同理 可得
g2 1 0 m ・ — O. S ,
学生 : 图象法. 先算出各闪光 中点H ̄ 的速度 , - ,0 t 然
后 列表 、 描点 画 矿£ , 由图线 的斜 率求 g 图 再 . 教 师 : 了方便 , 里利用 E cl 件进行 数 据 的 为 这 xe软 记 录和 处理 . xe 能 够 画 出 中学 物 理 中 比较 有 用 的 E cl
散点图, 能够 进 行 一 次 函数 、 次 函数 ( 函数 ) 的 两 幂 等
g3 9 86 m ・ — . S
g4 9 77 m ・ — . S
,
。
g5 9 8 n・ 一 , — . 0r S
一
鱼
拟 合 , 且计 算 出相 应 的 系数 , 而计 算 出 相 应 的物 并 从
理量. 现根据 匀 加 速 直 线 运 动 中 , 段 时 问 内 的平 均 一
接着 也有 学 生 说 , 已知 距 离 和 等 时 间 f , 因 q隔 所
速度等 于这段 时 间 中间时刻 的瞬 时速 度 , 录数 据 列 记
举 化
在如 下表所示的 E cl xe 电子表格中.
问题 5 :从得 到 的 结 果 中发 现 , 4种 方 法 测 得 的 自 用
s 1 /
m・- ) 『 ( S 1
O O2 O6 O0 O4 O8 . . . . . O O 1 1 1
_
由落体加速度 g值 各不相 同. 求解 的依据上分析, 从 造 成 误差 的原 因是 什么 ? 第1 种公式法 中, 算得 的 g都偏大. 由图象法可 知, 可能是下落 的第 1 个位 置已经有初速 度 , 而我们
O ~
020 060 O95 130 175 . 0 . 0 . 7 . 5 . 7
16 ・
12 .
●
仍假设其初速度为零. 一筹算得 gg 由g , 相当于在
t 坐标系中的点 ( , ) 。 z 与原点连线的斜率 的 2 这 。 倍. 样 的斜率 是 不具 备相 加性 的 , 实 际上 不 是 多次 重 复 这
测量 , 而是 一 次 测 量 多 次 取 段 研 究 , 以不 能 求平 均 所 值, 而且用 这 种方 法计 算 g是很 难 发 现偏 离 较大 的点
00 5
.
导0 . 8
0・ 4
0
01 .0
0 1 .5
020 .
( 即坏 点 ) .
ts /
图2
第2 种公式法 中, 采用 “ 逐差法” 的运算过程 中, 结 果从 上 至下第 3个 位 置 间 隔 A 个 数 据 依 然 没 x这
有 用到 , 造成 了结 果 偏 小 . 际上 照 片 中 只 有 5个 位 实 置 间隔 , 一般 地 , 用 “ 差 法 ” 需 要 有 偶 数 段
的 位 采 逐 是
置 间隔.
步骤 是 , 用 Exe 画 出 散 点 图 , 后 用 右 键 点 击 任 先 cl 然
意数据点 , 在右键菜 单 中选 择 “ 添加 趋势线 ” 在 “ , 类
型” 中选择 “ 性 ” 在 “ 项 ” 择 “ 示 公 式 ” 就 大 线 并 选 选 显 ,
功告 成 了. 函数 拟合 结果 如 图 2 示 . 所 由拟合 公式 一97t .0 , .5+00 5 忽略 常数 项 0. 5写成 公 式得 一97t .0 0 .5.
所以g 一9 7 IS 。 . 51 ・_ . T
第 34 、 种用到图象法处理数据中, 已经考虑到剔
除偏差 较 大 的坏点 , 然后 用 一条 平 滑 曲线 ( / a括直 线 )
“ 拟合 ” 描 的点 , 它 两 侧 的点 数 大 致 相 同 , 发 现 所 使 并
教师 : 由
图象 法 启 示 , 因 。 t, 出 xt C 作 -2图
图线都没有经过原点 , 这说 明图中第 1 个位置时已有 了速度 . 这样 2次 求 得 的 g 的大 小 基 本 相 等 , 然 是 显
准 确度较 高 .
象 . 这种很 多情况 2 直 接测 量 的物 理 量之 间并 非 像 个
线性关系 , 如果直接描绘 出曲线 图象 , 很难根据 曲 线 图象计算相关 的参数. 因此需要用 转换变量 的方 法, 如改 用平 方 数 、 数 、 数 等 , 曲线 图形 变 为 直 倒 对 将
线 图形 , 我们 称 之 为 “ 曲线 改 直 ” 这 种 方 法 在 以后 的 . 学 习 中有 很 大 的 应 用. 们 根 据 下 面 表 格 利 用 E cl 我 xe 软 件得 到 函数 拟合 结果 如 图 3 示. 所
在教 学 中 , 们 应 该 多 发 掘 习 题 的示 范 功 能 , 我 把
一
道典 型 的习题 , 过 由浅 人 深 地 构 建 问题 链 , 通 串联
了高 中物理 实 验 中 的数 据处 理 的方 法 . 是 公 式 法 , 一 但 应用 时有 一 定 的局 限 , 一般 是 在 同一 条件 下 , 同 对
一
物理 量进 行 重 复 测 量 , 求 算 术 平 均 值 ; 是 图 象 再 二
法, 已考 虑 到减小 偶然 误差 的拟 合 , 确度 较 高 , 准 同时
也学 到 了“ 曲线改 直” 的图线 转化 方法 .
由拟合公式 x . 8t .2 得 :4 8 5 +o 49
g一 2× O 4 5× 1 T ・ 一 9 7 r S . . 88 01 S I .7 n・ _。
ts / t/ o 2 2 1~3 S
z| 0-zm 1
( 作者单位 : 浙江省宁波市鄞州区姜 山中学)
O 1 .6 2 . 56
1 . 25
O O
0 0 .4 l6 _
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O O .8 64 .
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“ ” “ ” “ ““ ” 。 “ ” ” “ “ ” “ ’” ” ” “ ” I “ ¨ ” ” ” ” ” ” ” “ “1 ” ” … “ … ¨ ” ” …" ¨ _
,
十大 即将 消 失科技 产 品( ) 一
1 .有 线电话 : 现在 你走 进一 间大 学寝 室 , 想要 借用 固定 电话 , 恐怕都会招来 同学们 的白眼. 随着 手机 已经接 近人手一支 , 虽然大家家 中可能都还保 留有 固定 电话 , 但 到下次搬家 的时候 , 你还会移机么? 2 .软盘 : 想想上世纪七十年代 末 , 没有 网络 , 没有 u 盘, 如果想 要转移 数据 ,. 5英 寸 3 0 52 6KB容量 的软盘 肯
2 5 2 0
g 1 5
呈1 0
5
定 能派上大 用场. 十年 后 , 软盘体 积缩减 到了 3 5英寸 , .
容量增 长到 1 4 MB 甚至能装下一分半钟的 MP .4 , 3了. 而 今 , 果你手里还有软盘 , 如 拿来 当杯 垫不错.
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