电学非常规实验数据的图像法处理

杨宇红

摘 要：图像法是常用的处理实验数据的方法，其中直线图像最能准确确定对应量的函数关系。非常规电学实验可灵活选择横纵坐标所表示的物理量，化曲为直得到直线图像，建立直线图像后由截距和斜率求解未知量。

关键词：图像法；处理实验数据；直线图像；化曲为直；非常规电学实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）11-0045-5

物理实验中的数据处理方法有：①列表法；②平均值法；③作图法。其中通过作图可以确定对应量的函数关系，是最常用的实验数据处理方法之一。而且直线图像最能准确确定对应量的函数关系，并能通过斜率和坐标轴上的截距，求解未知量，所以是利用价值最高的图像。

描绘直线图像常用的化曲为直的方法有四种：

1）利用倒数关系“化曲为直”；

2）利用平方关系“化曲为直”；

3）利用乘积关系“化曲为直”；

4）利用比值关系“化曲为直”。

中学电学分组实验除“练习使用多用电表”外，一般都是电压表、电流表配合测量完成，并通过U-I或I-U图像处理数据。如“测定金属的电阻率”“测定电源的电动势和内阻”“描绘小电珠的伏安特性曲线”。通过U-I或I-U图像处理数据是高考电学实验的基本考点。近年高考中，2012北京卷21题考察通过U-I常规图像用伏安法测金属丝的电阻并“测定金属的电阻率”；2013年浙江卷22题考察通过U-I常规图像测定电池的电动势和内阻；2013年山东卷21题还考察通过U-I常规图像测量霍尔元件的霍尔系数；2014年大纲卷23题通过U-I常规图像测量某电源的电动势和内阻。2014年的上海卷则通过一个综合性的题考了多个电学实验考点。

另外，电学非常规实验中有一类是简单的非常规电路实验，如反串法（也叫伏伏法，安安法）和伏安定值电阻调整法，其本质还是伏安法。适当调整横纵坐标轴表示的物理量及标度，即可回归常规实验的U-I（I-U）数据处理法。

例1 在“测量电源的电动势和内阻”的实验中，因找不到合适的电流表，某同学设计了如图1所示的测量电路。图中器材规格如下：

电源E（电动势约为3 V，内阻未知）；

电压表V1（量程0～3 V，内阻约为3 kΩ）；

电压表V2（量程0～3 V，内阻很大）；

滑动变阻器R（0～20 Ω）；

定值电阻R0=2 Ω。

参考文献：

[1]马辉.高中物理“化曲为直”处理非线性实验问题[J].物理教学探讨，2012，30（5）：65—68.

[2]刘月荣.浅谈“化曲为直”思想在中学物理中的应用[J].物理教学探讨，2011，29（9）：38—39.

[3]梅丽娜.高三物理习题分层式教学法一例[J].中学物理教学参考，2010，39（3）：42—44.

（栏目编辑 陈 洁）