電學(xué)非常規(guī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖像法處理

楊宇紅

摘 要：圖像法是常用的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，其中直線圖像最能準(zhǔn)確確定對應(yīng)量的函數(shù)關(guān)系。非常規(guī)電學(xué)實(shí)驗(yàn)可靈活選擇橫縱坐標(biāo)所表示的物理量，化曲為直得到直線圖像，建立直線圖像后由截距和斜率求解未知量。

關(guān)鍵詞：圖像法；處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；直線圖像；化曲為直；非常規(guī)電學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）11-0045-5

物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理方法有：①列表法；②平均值法；③作圖法。其中通過作圖可以確定對應(yīng)量的函數(shù)關(guān)系，是最常用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法之一。而且直線圖像最能準(zhǔn)確確定對應(yīng)量的函數(shù)關(guān)系，并能通過斜率和坐標(biāo)軸上的截距，求解未知量，所以是利用價值最高的圖像。

描繪直線圖像常用的化曲為直的方法有四種：

1）利用倒數(shù)關(guān)系“化曲為直”；

2）利用平方關(guān)系“化曲為直”；

3）利用乘積關(guān)系“化曲為直”；

4）利用比值關(guān)系“化曲為直”。

中學(xué)電學(xué)分組實(shí)驗(yàn)除“練習(xí)使用多用電表”外，一般都是電壓表、電流表配合測量完成，并通過U-I或I-U圖像處理數(shù)據(jù)。如“測定金屬的電阻率”“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”“描繪小電珠的伏安特性曲線”。通過U-I或I-U圖像處理數(shù)據(jù)是高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本考點(diǎn)。近年高考中，2012北京卷21題考察通過U-I常規(guī)圖像用伏安法測金屬絲的電阻并“測定金屬的電阻率”；2013年浙江卷22題考察通過U-I常規(guī)圖像測定電池的電動勢和內(nèi)阻；2013年山東卷21題還考察通過U-I常規(guī)圖像測量霍爾元件的霍爾系數(shù)；2014年大綱卷23題通過U-I常規(guī)圖像測量某電源的電動勢和內(nèi)阻。2014年的上海卷則通過一個綜合性的題考了多個電學(xué)實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)。

另外，電學(xué)非常規(guī)實(shí)驗(yàn)中有一類是簡單的非常規(guī)電路實(shí)驗(yàn)，如反串法（也叫伏伏法，安安法）和伏安定值電阻調(diào)整法，其本質(zhì)還是伏安法。適當(dāng)調(diào)整橫縱坐標(biāo)軸表示的物理量及標(biāo)度，即可回歸常規(guī)實(shí)驗(yàn)的U-I（I-U）數(shù)據(jù)處理法。

例1 在“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，因找不到合適的電流表，某同學(xué)設(shè)計了如圖1所示的測量電路。圖中器材規(guī)格如下：

電源E（電動勢約為3 V，內(nèi)阻未知）；

電壓表V1（量程0～3 V，內(nèi)阻約為3 kΩ）；

電壓表V2（量程0～3 V，內(nèi)阻很大）；

滑動變阻器R（0～20 Ω）；

定值電阻R0=2 Ω。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬輝.高中物理“化曲為直”處理非線性實(shí)驗(yàn)問題[J].物理教學(xué)探討，2012，30（5）：65—68.

[2]劉月榮.淺談“化曲為直”思想在中學(xué)物理中的應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討，2011，29（9）：38—39.

[3]梅麗娜.高三物理習(xí)題分層式教學(xué)法一例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2010，39（3）：42—44.

（欄目編輯 陳 潔）