魏三鋒

【摘 要】 物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要部分，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的深入與否，直接決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成敗。因此，本文對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的方法做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，希望對(duì)各位同仁有所幫助，以便拋磚引玉。

【關(guān)鍵詞】 物理；實(shí)驗(yàn)研究；分析

【中圖分類號(hào)】 G63.20 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2095-3089（2017）16-0-01

一、總結(jié)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的常用方法及特點(diǎn)

在物理實(shí)驗(yàn)研究中常用的數(shù)據(jù)處理方法有：

1、列表法及特點(diǎn)

在記錄和處理數(shù)據(jù)時(shí)，常把數(shù)據(jù)排列成表格，這樣，既可以簡(jiǎn)單而明確地表示出被測(cè)物理量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，又便于及時(shí)檢查和發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)是否合理，有無異常情況。列表計(jì)算法就是將數(shù)據(jù)處理過程用表格的形式顯示出來。即將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的自變量、因變量的各個(gè)數(shù)據(jù)及計(jì)算過程和最后結(jié)果按一定的格式，有秩序地排列出來。

列表法的特點(diǎn)

列表法的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單明了，形式緊湊，各數(shù)據(jù)易于參考比較，便于表示出有關(guān)物理量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于檢查和發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的問題及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否合理，便于歸納總結(jié)，從中找出規(guī)律性的聯(lián)系。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)不夠直觀，求取相鄰兩數(shù)據(jù)的中間值時(shí)，還需要借助插值公式進(jìn)行計(jì)算等。

2、圖示法及特點(diǎn)

物理規(guī)律既可以用解析函數(shù)關(guān)系表示，也可以借助圖線表示，即用圖線表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法稱為圖示法。

作圖的基本步驟包：圖紙的選擇；坐標(biāo)的分度和標(biāo)記；標(biāo)出每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)；作出一條與多實(shí)驗(yàn)點(diǎn)基本相符合的圖線；以及注解和說明等。

圖示法的特點(diǎn)：清晰、直觀表明函數(shù)間的關(guān)系和變化趨勢(shì)。

3、圖解法及特點(diǎn)

利用畫出的實(shí)驗(yàn)圖線，用解析方法求出有關(guān)參量或物理量之間的經(jīng)驗(yàn)公式為圖解法。當(dāng)圖線為直線時(shí)尤為方便，直線圖解一般是求出直線的截距或斜率進(jìn)而可得到另外一些物理量或得出完整的線性方程。

圖解法特點(diǎn)

圖解法的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)（物理量）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系和變化趨勢(shì)，非常形象、直觀，一目了然，便于比較研究和發(fā)現(xiàn)問題，能看到測(cè)量的全貌。

4、逐差法及特點(diǎn)

逐差法就是把實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行逐項(xiàng)相減，或者分成高、低兩組實(shí)行對(duì)應(yīng)項(xiàng)相減，前者可以驗(yàn)證被測(cè)量之間的函數(shù)關(guān)系，后者可以充分利用數(shù)據(jù)，具有對(duì)數(shù)據(jù)取平均和減少相對(duì)誤差的效果。特別是在被測(cè)變量之間存在多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系，自變量等間距變化的實(shí)驗(yàn)中，更有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

5、最小二乘法與線性回歸

最小二乘法：最小二乘法是一種解決怎樣從一組測(cè)量值中尋求最可靠值，也就是最可信賴值的方法。對(duì)于等精度測(cè)量，所得數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差是服從高斯分布，且相互獨(dú)立，則測(cè)量結(jié)果的最可靠值是各次測(cè)量值相應(yīng)的偏差平方和為最小值時(shí)的那個(gè)值，即算術(shù)平均值。因?yàn)樽羁煽恐凳窃诟鞔螠y(cè)量值的偏差平方和為最小的條件下求得的，當(dāng)時(shí)把平方叫二乘，故稱最小二乘法。

用最小二乘法進(jìn)行線性回歸的原理是：若能找到一條最佳的擬合直線，那么各測(cè)量值與這條擬合直線上各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的值之差的平方和，在所有擬合直線中應(yīng)該是最小的。

回歸分析：相互關(guān)聯(lián)的變量之間的關(guān)系可以分成兩類。一類是變量之間存在著完全確定的關(guān)系叫做函數(shù)關(guān)系；一類是變量之間雖然有聯(lián)系，但由于測(cè)量中隨機(jī)誤差等因素的存在，造成了變量之間聯(lián)系的不同程度的不確定性，但從統(tǒng)計(jì)上看，它們之間存在著規(guī)律性的聯(lián)系，這種關(guān)系叫做相關(guān)關(guān)系。相關(guān)變量間既有相互依賴性，又有某種不確定性。

二、總結(jié)物理實(shí)驗(yàn)中物理量的基本測(cè)量方法

物理實(shí)驗(yàn)方法是以一定的物理現(xiàn)象、物理規(guī)律和物理學(xué)原理為依據(jù)，確立合適的物理模型，研究各物理量之間關(guān)系的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。物理實(shí)驗(yàn)離不開定量的測(cè)量。物理實(shí)驗(yàn)中常用的測(cè)量方法有：

1、比較法

比較法是將待測(cè)量與同類型已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行直接或間接的比較，從而測(cè)出待測(cè)量大小的一種測(cè)量方法。比較法具體分為直接比較法、間接比較法和比較系統(tǒng)法。

2、補(bǔ)償法

當(dāng)系統(tǒng)受到某一作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生某種效應(yīng)，在受到另一類作用時(shí)，又產(chǎn)生了一種新效應(yīng)，新效應(yīng)與舊效應(yīng)疊加，兩種效應(yīng)相互抵消，使新、舊效應(yīng)均不再顯現(xiàn)，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，此稱新作用補(bǔ)償了原作用，即稱為補(bǔ)償。

3、放大法

在物理實(shí)驗(yàn)中或其他領(lǐng)域的科學(xué)研究中，常遇到一些微小物理量的測(cè)量，由于待測(cè)量過小，以至于難以被實(shí)驗(yàn)者或儀器直接感覺和反映，這時(shí)為了提高測(cè)量精度，可設(shè)法將被測(cè)量放大，然后再進(jìn)行測(cè)量。物理實(shí)驗(yàn)中常用的放大法有以下幾種：機(jī)械放大法；累計(jì)放大法；電學(xué)放大法；光學(xué)放大法。

4、轉(zhuǎn)換法

轉(zhuǎn)換法是根據(jù)物理量之間的各種效應(yīng)和定量函數(shù)關(guān)系，利用變換原理進(jìn)行測(cè)量的方法。轉(zhuǎn)換法一般分為參量換測(cè)法和能量換測(cè)法兩種。

5、平衡法

平衡法是利用物理學(xué)中平衡的概念，將處于比較的兩個(gè)物理量之間的差異逐步減小到零的狀態(tài)，通過判斷測(cè)量系統(tǒng)是否達(dá)到平衡態(tài)，來實(shí)現(xiàn)物理量的測(cè)量。

6、對(duì)稱測(cè)量法

對(duì)稱測(cè)量法是消除測(cè)量中出現(xiàn)系統(tǒng)誤差的重要方法。當(dāng)系統(tǒng)誤差的大小與方向是個(gè)確定值（或按一定規(guī)律變化），在測(cè)量中可以用對(duì)稱測(cè)量法予以消除。

7、模擬法

模擬法是指不直接研究某物理現(xiàn)象或物理過程本身，而是用與該物理現(xiàn)象或過程相似的模型來研究的一種方法。

物理實(shí)驗(yàn)中常用的模擬法有以下幾種：物理模擬；數(shù)學(xué)模擬；計(jì)算機(jī)模擬。

8、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)研究法

為了對(duì)物理現(xiàn)象做深入的研究、探討，以揭示其內(nèi)在的規(guī)律，根據(jù)測(cè)量過程中被測(cè)物理量是否隨時(shí)間變化，分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量研究法。

9、振動(dòng)與波動(dòng)方法

物理實(shí)驗(yàn)中常用的有：振動(dòng)法；李薩如圖法；共振法；駐波法；相位比較法等。

10、光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

光學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中占有重要地位。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法有：干涉法；衍射法；光譜法；光測(cè)法。

11、非電量的電測(cè)法

隨著科學(xué)技術(shù)和工程應(yīng)用的發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)中心常要對(duì)一些非電量進(jìn)行測(cè)量，如力學(xué)量中的位移、壓力、應(yīng)變，熱學(xué)量中的溫度、流量，光學(xué)量中的光強(qiáng)、照度、功率等。

非電量轉(zhuǎn)換成電量的元件或裝置稱為傳感器。傳感器實(shí)際上是一種換能器，它們是利用物理學(xué)中物理量之間存在的各種效應(yīng)與關(guān)系把被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電量，從而獲得被測(cè)信息，作為測(cè)量電路的輸入信號(hào)。

12、實(shí)時(shí)控制測(cè)量法

實(shí)時(shí)控制測(cè)量是一種動(dòng)態(tài)測(cè)量。其主要方法是通過信號(hào)傳感器、計(jì)算機(jī)與信號(hào)傳輸接口、控制軟件及輔助測(cè)量裝置等，對(duì)某一物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制測(cè)量。

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中所遇到的實(shí)驗(yàn)方法，大多是前人創(chuàng)造和總結(jié)出來的科學(xué)方法。我們學(xué)習(xí)應(yīng)用這些方法，一方面是學(xué)習(xí)它、掌握它、運(yùn)用它，但更主要的是積累前人正確的創(chuàng)新思維方法，從中吸取規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，并在未來的工作中去創(chuàng)造和開拓。