用計算機處理中學物理實驗數(shù)據(jù)(參考版)
2024-09-09 17:12本頁面
【正文】 選自：《高中物理學生實驗》 33 。 7．將由η－ R 曲線求出的當η＝ 0． 5 時外電路電阻的值與電路中輸出功率最大時的電阻 R比較，說明在電源的輸出功率最大時，電源效率為 0． 5。如圖 4． 13－ 2 所示。 4．根據(jù) P＝ IU、 P0＝ IE、η＝ P／ P0計算出相應的值，填入下表中。 3．將電阻箱的阻值從 3 歐起，逐次改變它的阻值，到約 80歐為止，并記下相應的電流表和電壓表的讀數(shù)。如學生電源選擇 12伏擋，則 r′應用 20 歐。學生電源內(nèi)阻很?。ǎ?1歐），當它的輸出功率最大時，外電路 負載也很小，此時電路中的電流太大，會損害電源。 【儀器和器材】 學生電源（ J1202 型或 J1202－ 1 型），直流電流表（ J0407 型或 J0407－ 1型），直流電壓表（ J0408 型或 J0408－ 1 型），簡式電阻箱（ J2362 型或 J2362－ 1 型），電阻圈（ J2358 型），單刀開關（ J2352 型），導線若干。思考：為什么不分析 t與 1／ h0的關系？） 本實驗有一定的難度，對學生的能力要求較高，且與后面實驗無直接聯(lián)系，可在以后適當時間采用。） 2．根據(jù)本節(jié)的分析方法，研究在排水孔大小不變的情況下，排盡水的時間 t 與容器中起始水深 h0的關系。 【思考題】 1．分析實驗數(shù)據(jù)過程中，當發(fā)現(xiàn) t與 d 之間不存在正比關系后，為什么首先想到研究 t 與 1／ d的關系，而不會考慮 t與 d2的關系？這種思考方向是建立在什么基礎上的？ （提示：數(shù)據(jù)分析要從實際出發(fā)，不能只從數(shù)學的角度思考。對于實驗裝置和取得數(shù)據(jù)的方法應當介紹，但不必重復實驗進行測量，以免影響學生對數(shù)據(jù)的分析。 表 3 d（厘米） 1/d2（厘米 － 1） t（秒） 1． 5 0． 44 73． 0 2． 0 0． 25 41． 2 3． 0 0． 11 18． 4 30 5． 0 0． 04 6． 8 由圖 1． 8－ 4 可以看出 t與 1／ d2成正比關系，即 t與 d2成反比關系，即 t＝ k(1／ d2) k為比例系數(shù)，即圖線的斜率．由圖中可得 k＝ 167。 4．進一步探究 t和 d的關系 為了說明 t與 d之間的關系，可以作這樣的假想：水流盡的時間應該和 小孔的面積有關，而且可能是反比關系，也就是說盡可能與 1／ d2成正比。 表 2 d（厘米） 1/d（厘米 － 1） t（秒） 1． 5 0． 67 73． 0 2． 0 0． 50 41． 2 3． 0 0． 33 18． 4 5． 0 0． 20 6． 8 29 由圖 1． 8－ 3 可以看出 t與 1／ d不成正比（判別 t與 d是否成反比，還可以看t與 d之乘積是否為一常數(shù)。判斷 t和 d之間是否存在反比關系的方法是作出 t 和 1／ d的關系曲線，若該圖線是直線則 t 和 d 之間滿足反比關系。從這條曲線不能看出 t 和 d 之間的函數(shù)關系，但該曲線 與雙曲線相類似。 表 1 30． 0 25． 0 20． 0 15． 0 10． 0 1． 5 73． 0 66． 8 59． 9 51． 9 43． 5 2． 0 41． 2 37． 6 33． 6 29． 1 23． 7 3． 0 18． 4 16． 8 15． 0 12． 9 10． 5 5． 0 6． 8 6． 1 5． 4 4． 7 3． 9 【分析過程】 1．由表 1 給出的數(shù)據(jù)可以 看出，容器中的水深一定時（如 h0＝ 30． 0 厘米），排水孔的直徑越大，水流盡所需的時間越短，但二者之間的函數(shù)關系無法看出。 ? 聯(lián)系作者 Email: 附錄 A 練習分析實驗數(shù)據(jù) 【目的和要求】 通過對一個具體事例的處理，培養(yǎng)學生對實驗數(shù)據(jù)進行分析并得出規(guī)律的能力，從而提高學生的實驗技能和素質(zhì)。 由圖像還可讀出，當 R=20Ω即 R=r時η =， 說明在電源的輸出功率最大時，電源效率為 0． 5. 由擬和方程可導出 21 1111???????yaayxxbay而若時當 由 擬合圖像R?? 信息知 1?a ，所以 η－ R曲線以η＝ 1的直線為漸近線 。單擊“默認”復選框，輸入自變量數(shù)據(jù)列索引“ 2”，因變量數(shù)據(jù)列索引“ 8”等項；單擊“確定”按鈕，便可生成 擬合圖像R?? （如圖 27） 。數(shù)據(jù)散點圖的擬合曲線，我們可用②作為也就是說相同。 首先依據(jù)物理知識來確定η R數(shù)據(jù)點的擬和方程；然 后再利用本軟件生成擬和曲線。 這 與由公式 REP 42max ?計算結果相符。 擬和圖像還給出擬和方程的參數(shù)信息： c =?? 利用這些參數(shù)，我們可以運用 cEraE ?? 及1計算出 12 v r =20E ??，與實驗條件相符。 圖 25 19 我們 來 觀察和分析 擬 和圖 像 。 輸入自變量列索引“ 2”，因變量列索引“ 7”等項。 這曲線方程對本組實驗數(shù)據(jù)擬和狀況如何呢？我們可以利用本軟件來驗證。我們用已有物理 知識來思考。 單擊“確定”按鈕，即生成 PR散點圖 （ 如圖 24） 。 圖 22 17 圖 23 ? 生成 PR散點圖 單擊 菜單項：“圖像 /散點圖”，彈出“創(chuàng)建坐標系對話框” （如圖 23） 。 16 圖 21 選中“行”選項卡頁（缺?。?， 輸入 E(v)列索引“ 1”、 I(A)l列索引“ 4”及計算列名“ 0P (w)” ,單擊“確定”按鈕， 0P (w)列即添加表中。 單擊菜單項：表格 /行 計算 /? （如圖 20）。 核查 數(shù)據(jù)輸入無誤，可 單擊菜單項“文件 /表格另存為 XML文件 ”，保 存為 XML文件，以備重復使用
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