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练习分析实验数据

作者:未知来源:《高中物理学生实验》时间:2006-5-2 11:25:25阅读:
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【目的和要求】

  通过对一个具体事例的处理,培养学生对实验数据进行分析并得出规律的能力,从而提高学生的实验技能和素质。

【实验课题】

盛水圆柱形容器底部有一圆形排水孔(如图181),对于容器中深度为h0的水来说,从容器中排尽水所需的时间t与孔的直径d的关系是什么?请对表中的实验数据进行分析,得出td之间的关系。

  1

排尽水的时间t(秒)

300

250

200

150

100

15

730

668

599

519

435

20

412

376

336

291

237

30

184

168

150

129

105

50

68

61

54

47

39

【分析过程】

  1.由表1给出的数据可以看出,容器中的水深一定时(如h0300厘米),排水孔的直径越大,水流尽所需的时间越短,但二者之间的函数关系无法看出。

  2.描绘当h0一定时,td之间的关系图线

  为了找出td之间的函数关系,根据表1中的数据作td曲线(图182h0300厘米时,td的关系图线)。从这条曲线不能看出td之间的函数关系,但该曲线与双曲线相类似。会使我们想到td之间是否满足反比关系。判断td之间是否存在反比关系的方法是作出t1/d的关系曲线,若该图线是直线则td之间满足反比关系。

  3.描绘h0一定时,td之间的关系图线

  由表1得出表2和图183

  2

d(厘米)

1/d(厘米1

t(秒)

15

067

730

20

050

412

30

033

184

50

020

68

 

  由图183可以看出t1/d不成正比(判别td是否成反比,还可以看td之乘积是否为一常数。如果各次td之乘积都相同,则td< /SPAN>之间满足反比关系)。

  4.进一步探究td的关系

  为了说明td之间的关系,可以作这样的假想:水流尽的时间应该和小孔的面积有关,而且可能是反比关系,也就是说尽可能与1d2成正比。为检验这一假设是否成立,作t1d2的图象(图184)。

  3

d(厘米)

1/d2(厘米1

t(秒)

15

044

730

20

025

412

30

011

184

50

004

68

  由图184可以看出t1d2成正比关系,即td2成反比关系,即

tk(1/d2)

  k为比例系数,即图线的斜率.由图中可得k167

【注意事项】

  本节内容重点在引导学生对所给的实验数据进行分析和推理。对于实验装置和取得数据的方法应当介绍,但不必重复实验进行测量,以免影响学生对数据的分析。为了给学生以感性认识,正确地引导学生,可以适当让学生作盛水容器和排水过程的实验:用广口瓶盛满水后用玻璃片盖住瓶口翻转,观察瓶口放开的大小与水流尽的时间,定性得出排水孔大,放水时间短。

【思考题】

  1.分析实验数据过程中,当发现td之间不存在正比关系后,为什么首先想到研究t1d的关系,而不会考虑td2的关系?这种思考方向是建立在什么基础上的?

  (提示:数据分析要从实际出发,不能只从数学的角度思考。问题中时间t应该随d的增大而减小,决不会出现d越大t越长的情况,故不会考虑td2的关系。)

  2.根据本节的分析方法,研究在排水孔大小不变的情况下,排尽水的时间t与容器中起始水深h0的关系。

  (提示:先分析th0的关系,再分析th02th03的关系,最后得出t1d成正比的结论。思考:为什么不分析t1h0的关系?)

  本实验有一定的难度,对学生的能力要求较高,且与后面实验无直接联系,可在以后适当时间采用。

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