关于物理实验研究的两点分析

【摘 要】 物理实验是物理教学的重要部分，对实验研究的深入与否，直接决定实验教学的成败。因此，本文对中学物理实验的方法做一个简单的总结，希望对各位同仁有所帮助，以便抛砖引玉。

【关键词】 物理；实验研究；分析

【中图分类号】 G63.20【文献标识码】 A【文章编号】 2095-3089（2017）16-0-01

一、总结物理实验数据处理的常用方法及特点

在物理实验研究中常用的数据处理方法有：

1、列表法及特点

在记录和处理数据时，常把数据排列成表格，这样，既可以简单而明确地表示出被测物理量之间的对应关系，又便于及时检查和发现测量数据是否合理，有无异常情况。列表计算法就是将数据处理过程用表格的形式显示出来。即将实验数据中的自变量、因变量的各个数据及计算过程和最后结果按一定的格式，有秩序地排列出来。

列表法的特点

列表法的优点是：简单明了，形式紧凑，各数据易于参考比较，便于表示出有关物理量之间的对应关系，便于检查和发现实验中存在的问题及分析实验结果是否合理，便于归纳总结，从中找出规律性的联系。缺点是数据变化的趋势不够直观，求取相邻两数据的中间值时，还需要借助插值公式进行计算等。

2、图示法及特点

物理规律既可以用解析函数关系表示，也可以借助图线表示，即用图线表示实验结果的方法称为图示法。

作图的基本步骤包：图纸的选择；坐标的分度和标记；标出每个实验点；作出一条与多实验点基本相符合的图线；以及注解和说明等。

图示法的特点：清晰、直观表明函数间的关系和变化趋势。

3、图解法及特点

利用画出的实验图线，用解析方法求出有关参量或物理量之间的经验公式为图解法。当图线为直线时尤为方便，直线图解一般是求出直线的截距或斜率进而可得到另外一些物理量或得出完整的线性方程。

图解法特点

图解法的优点是数据（物理量）之间的对应关系和变化趋势，非常形象、直观，一目了然，便于比较研究和发现问题，能看到测量的全貌。

4、逐差法及特点

逐差法就是把实验测量数据进行逐项相减，或者分成高、低两组实行对应项相减，前者可以验证被测量之间的函数关系，后者可以充分利用数据，具有对数据取平均和减少相对误差的效果。特别是在被测变量之间存在多项式函数关系，自变量等间距变化的实验中，更有其独特的优点。

5、最小二乘法与线性回归

最小二乘法：最小二乘法是一种解决怎样从一组测量值中寻求最可靠值，也就是最可信赖值的方法。对于等精度测量，所得数据的测量误差是服从高斯分布，且相互独立，则测量结果的最可靠值是各次测量值相应的偏差平方和为最小值时的那个值，即算术平均值。因为最可靠值是在各次测量值的偏差平方和为最小的条件下求得的，当时把平方叫二乘，故称最小二乘法。

用最小二乘法进行线性回归的原理是：若能找到一条最佳的拟合直线，那么各测量值与这条拟合直线上各对应点的值之差的平方和，在所有拟合直线中应该是最小的。

回归分析：相互关联的变量之间的关系可以分成两类。一类是变量之间存在着完全确定的关系叫做函数关系；一类是变量之间虽然有联系，但由于测量中随机误差等因素的存在，造成了变量之间联系的不同程度的不确定性，但从统计上看，它们之间存在着规律性的联系，这种关系叫做相关关系。相关变量间既有相互依赖性，又有某种不确定性。

二、总结物理实验中物理量的基本测量方法

物理实验方法是以一定的物理现象、物理规律和物理学原理为依据，确立合适的物理模型，研究各物理量之间关系的科学实验方法。物理实验离不开定量的测量。物理实验中常用的测量方法有：

1、比较法

比较法是将待测量与同类型已知的标准量进行直接或间接的比较，从而测出待测量大小的一种测量方法。比较法具体分为直接比较法、间接比较法和比较系统法。

2、补偿法

当系统受到某一作用时会产生某种效应，在受到另一类作用时，又产生了一种新效应，新效应与旧效应叠加，两种效应相互抵消，使新、旧效应均不再显现，系统回到初始状态，此称新作用补偿了原作用，即称为补偿。

3、放大法

在物理实验中或其他领域的科学研究中，常遇到一些微小物理量的测量，由于待测量过小，以至于难以被实验者或仪器直接感觉和反映，这时为了提高测量精度，可设法将被测量放大，然后再进行测量。物理实验中常用的放大法有以下几种：机械放大法；累计放大法；电学放大法；光学放大法。

4、转换法

转换法是根据物理量之间的各种效应和定量函数关系，利用变换原理进行测量的方法。转换法一般分为参量换测法和能量换测法两种。

5、平衡法

平衡法是利用物理学中平衡的概念，将处于比较的两个物理量之间的差异逐步减小到零的状态，通过判断测量系统是否达到平衡态，来实现物理量的测量。

6、对称测量法

对称测量法是消除测量中出现系统误差的重要方法。当系统误差的大小与方向是个确定值（或按一定规律变化），在测量中可以用对称测量法予以消除。

7、模拟法

模拟法是指不直接研究某物理现象或物理过程本身，而是用与该物理现象或过程相似的模型来研究的一种方法。

物理实验中常用的模拟法有以下几种：物理模拟；数学模拟；计算机模拟。

8、靜态与动态研究法

为了对物理现象做深入的研究、探讨，以揭示其内在的规律，根据测量过程中被测物理量是否随时间变化，分为静态测量和动态测量研究法。

9、振动与波动方法

物理实验中常用的有：振动法；李萨如图法；共振法；驻波法；相位比较法等。

10、光学实验方法

光学在现代科学技术中占有重要地位。物理实验教学中常用的光学实验方法有：干涉法；衍射法；光谱法；光测法。

11、非电量的电测法

随着科学技术和工程应用的发展，物理实验中心常要对一些非电量进行测量，如力学量中的位移、压力、应变，热学量中的温度、流量，光学量中的光强、照度、功率等。

非电量转换成电量的元件或装置称为传感器。传感器实际上是一种换能器，它们是利用物理学中物理量之间存在的各种效应与关系把被测的非电量转换成电量，从而获得被测信息，作为测量电路的输入信号。

12、实时控制测量法

实时控制测量是一种动态测量。其主要方法是通过信号传感器、计算机与信号传输接口、控制软件及辅助测量装置等，对某一物理量进行实时控制测量。

在物理实验教学过程中所遇到的实验方法，大多是前人创造和总结出来的科学方法。我们学习应用这些方法，一方面是学习它、掌握它、运用它，但更主要的是积累前人正确的创新思维方法，从中吸取规律性的认识，并在未来的工作中去创造和开拓。

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