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七个基本物理量关系图

时间:2023-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:常用的数据处理方法有列表法、图解法、逐差法和最小二乘法拟合曲线。列表法就是将试验中测量的数据、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。列表法可以简单明确地表示出物理量之间的对应关系,便于分析和发现资料的规律性,也有助于检查和发现实验中的问题,这就是列表法的优点。

研究物理量之间的变化关系,可以在实验中测出一系列相互对应的数据点,这些数据都带有误差,怎样通过这些数据点得到最可靠的实验结果,这要靠正确的数据处理方法。常用的数据处理方法有列表法、图解法、逐差法和最小二乘法拟合曲线。

一、列表法

列表法就是将试验中测量的数据、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。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、因变量数值和最后结果按照一定的顺序列成两维表格。

列表法可以简单明确地表示出物理量之间的对应关系,便于分析和发现资料的规律性,也有助于检查和发现实验中的问题,这就是列表法的优点。

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,若名称用自定义符号,则应加以说明。

(4)栏目的顺序应充分注意数据间的联系和计算顺序,力求简明、齐全、有条理。

(5)列表中的数据主要应是原始测量,数据不应随便涂改,处理过程中的一些重要的中间计算结果也应列入表中。

(6)对数据的表格,应提供必要的说明和参数,包括表格名称、主要测量仪器的规格(型号、量程、准确度级别或最大允许误差等)、有关环境参数等。

(7)必要时附加说明。

总而言之,列表的过程就是整理实验思绪的过程,只有在清楚了解并通盘考虑实验目的、原理、方法、步骤以及误差处理要求的基础上,才能列出科学、合理、实用、方便的数据处理表格。

二、图解法

一组测量数据以及物理量之间的关系可以在一固定坐标系内以图线的形式表示出来,再利用该拟合的图线求解一些问题,这种方法称为图解法。

为正确反映各物理量之间的关系,应按以下规则作图:

(1)选取适当坐标纸。根据不同需要,可选取等分度直角坐标纸、半对数坐标纸、对数坐标纸或其他类型坐标纸。

(2)选择和标定坐标轴。一般以横轴表示自变量,纵轴表示因变量。坐标轴一定要标明所代表物理量的名称及量度单位。确定比例的原则是要能正确反映测量精确度,不要夸大或缩小误差,这就要求坐标轴上的最小单位等于仪器的最小分度值。按上述原则,若导致图纸过大或过小,或横纵轴比例不协调,则要进行适当调整。

(3)数据点的表示。在图纸上,实验点要用一定的符号,比如用“×”“”“。”等表示出来。误差可用一矩形表示,即以数据点为中心,以2Δx为矩形一边,以2Δy为矩形另一边作一矩形,其中x和y分别为横、纵轴代表的物理量,Δx和Δy分别代表此点值的绝对误差。

(4)图线的拟合。根据图纸上标出的各点数据,用拟合法拟合成一条较理想的图线,在顾及各数据点的同时,使拟合成的图线呈光滑的曲线或直线,不要求图线通过所有数据点,只要通过各数据点的误差矩形即可,但最好使不在图线上的数据点较均匀地分布在图线的两侧。

对各物理量作出拟合曲线后,再根据曲线求解相关问题。

(1)确定直线图线的斜率和斜距。

有许多物理量之间的关系满足线性关系,表示这种关系曲线为直线,此直线的斜率和截距的值就表示某物理量的值。对一般的直线方程y=ax+b求斜率和截距的方法是:在直线上尽可能远的位置取两点A和B(非实验数据点),设其坐标为A(xA,yA)、B(xB,yB),则斜率a为

其相对误差为

当原点的横坐标为零时,截距可直接从直线与y轴的交点读出,当横坐标原点不为零时,截距可通过对直线方程求解而获得。

(2)曲线的直化。

通过求直线的斜率和截距求得一些物理参数是很方便的。但实际中遇到的被测量之间的关系有些并非线性关系,也就不能直接求斜率和截距,这时可通过变量代换将非线性关系转化呈线性关系。下面为几种常用的变换方法:

③y=axb(a和b为常数)。等式两边取自然对数得lgy=lga+blgx。于是,lgy与lgx为线性关系,b为斜率,lga为截距。

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