浅谈物理实验中直角坐标系的建立与优化

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翻新时间：2023-03-14

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浅谈物理实验中直角坐标系的建立与优化

物理学是一门以实验为基础的学科.对于物理实验我们不仅要重视实验的操作过程，更要重视实验数据的处理.天文学家第谷对天体的观察固然重要，但若不是开普勒对实验数据的处理，开普勒三定律也不会轻易得出.高中阶段在处理物理实验数据时，很多时候都用到图象法.在应用图象法时，建立合适的直角坐标系，常常能够简化研究的问题、提高结果的准确性.

1优化选择坐标原点

通常情况下我们在建坐标系时，坐标原点都是从零开始取.但有些时候，我们可以选择从其它数值开始.如在“用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻”的实验中，我们常常需要通过描绘U-I图线，来求电源的电动势和电阻.表1所示的是在该实验中记录的6组数据，接下来我们就需要利用这些数据作出U-I图线.

2合理选择坐标轴所代表的物理量

在处理某些实验数据时，我们要选择恰当的物理量来建立坐标系.如在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在小车所受合外力保持不变时，改变小车的质量，得到如表2所示的实验数据.

根据表2中的数据，可以通过作图法找出加速度和质量的关系.

本题中若选择a-m图象，通过作图得到的是一条如图3所示的曲线，而选择a-1m图象得到的是一条如图4所示的直线.如果曲线是双曲线的一支，我们可以得出加速度与质量之间成反比的关系.但要用眼睛直接判断一条曲线是不是双曲线的一支，会很困难，也一定会有很大的误差.而观察所描的点是不是在一条直线上则要方便的多，误差也会小很多.

可见，合理选择坐标轴所代表的物理量，能够对实验规律的得出起到非常重要的作用.

3优化选择坐标轴标度

例题在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，利用实验得到了8组数据，在如图5所示的I-U坐标系中，通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线.

（1）根据图线的坐标数值，请在图6中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路.

（2）根据图6，可判断出图7中正确的关系图是（图中P为小灯泡功率）

（3）将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与10 Ω的定值电阻串联，接在电压恒为8 V的电源上，如图8所示，则电流表的示数为A，每个小灯泡的功率为W.

通常要将复杂图象成比例放大或缩小时，可以通过改变坐标轴标度，使分析过程得到简化.

总之，在进行物理实验教学过程中，若我们能够引领学生深入思考，优化选择处理方法，必将提高学生探究实验的能力.