2.3 试验数据记录与分析

一、试验数据的记录

数据记录要遵循真实性与科学性的原则。真实性要求记录的数据必须是未经篡改的原始数据，记录必须清晰准确。科学性要求严格按照程序进行试验，试验方法正确，测量过程规范，记录的数据符合要求，注意有效数字的读取。

试验前要熟悉掌握各种测试工具的使用，试验中除记录数据外，还要记录试验环境的温度、所用仪器的型号与编号、试验过程中遇到的问题与故障等。

二、试验数据的分析

丰富的科学信息往往隐藏在原始数据中，如何正确分析数据进而揭示出其背后的规律至关重要。

1．测量与误差

测量是指将待测量与选作标准的同类量对比，得到倍数关系的过程，该倍数称为测量值。测量值除数值外，还必须有单位。测量值与其真实值之差称为误差，误差有正有负。由于真实值不可能确切知晓，一般是用同等条件下多次重复测量的算术平均值来代表真实值。

2．数据处理方法

对原始数据进行正确处理，才能发现隐含其中的规律和可能存在的问题，因而数据处理非常重要。数据处理方法有多种，常见的有列表法、作图法、曲线拟合。下面以测量两根弹性橡皮绳（原长均为60.00cm，直径分别为0.50cm和0.60cm）在不同拉力下的伸长量为例来说明。

（1）列表法。

列表法是将原始数据填入二维表格，可简单明了地表示出两组测量量之间的关系。表4-6为多次测量的原始数据，从中可看出列表法有如下要点。

①根据试验内容设计合适的表格，并给出标题。

②写明每组数据的意义，并给出单位。

③数据本身要符合读数规范，正确反映有效数字。

表4-6 橡皮筋伸长量与拉力关系测量数据

表4-7 是将五次测量的数据取算术平均值后得到的结果。

表4-7 橡皮筋伸长量与拉力关系版

（2）作图法。

作图法是将两列数据以图线的形式直接在坐标轴上直观表达出来。作图法直接可视化数据，对于个别明显偏离的数据点，可直观看出，便于分析原因，合理取舍。作图法有如下要点。

①选取合适的坐标纸，一般为直角坐标纸，确定横纵坐标轴，横坐标代表自变量，纵坐标代表因变量，在坐标轴中部注明测量量名称、符号及单位，单位加在括号内。

②确定坐标轴比例和分度。坐标纸的最小格应是能精确读取的最后一位。举例来说，由上表数据可知能精确测得的最小分度是毫米，因而坐标纸的最小一格长度应该代表1毫米。

③标出数据点，若有不同数据画在同张表格时，要用不同符号区分，如⊙、○、+、×等。

④连点成线，用直尺将数据点连成一条平滑、细且清晰的直线，尽可能使数据点位于直线上或均匀分布在直线两侧。

⑤写出图线名称及必要说明。在坐标纸顶部或横坐标下方写上图名，并在空白处加些必要说明，如试验时的温度。

（3）曲线拟合。

选择合适曲线类型来拟合测量数据并得到两组数据之间定量公式关系的方法称为曲线拟合，它可避免作图法在绘制过程中可能引入的误差。最常见的拟合是直线拟合，可以得到因变量与自变量之间的一次函数表达式。线性拟合可在Word中实现，过程如下。

①打开Word，点击“插入”下属的“图表”，选择“XY（散点图）”，并点击“确定”，弹出一个表格。

②将两组数据填入表格后，关闭表格，双击图表后，点击“添加图表元素”，选择“趋势线”下属的“线性（L）”。

图4-13   不同粗细橡皮筋伸长量与拉力关系

③双击图表中出现的直线，在出现的“趋势线选项”中，勾选“显示公式”即可。

在图4-13中，y与x的关系式是按照上述方法得到的两根不同粗细橡皮筋的伸长量与拉力关系的拟合方程，x前系数的倒数即表示橡皮筋的劲度系数。在图4-13中，线性拟合线不过“0”点，我们在中学物理橡皮筋实验中也观察到这一现象，主要是因为橡皮筋的伸长与它的截面积的减小、拉伸方式等因素有关。

设计&操作

请同学们根据学会的试验数据记录与分析，完成在“测试循迹小车直线行驶试验”中的记录分析数据和得出结论部分。

2.4试验报告

根据前面的试验及数据分析，本节即可完成试验报告。试验报告的内容一般具有如下几个部分，如图4-14所示。

试验目的信内容•介绍试验的研究对象及目的•概述需要试验的项目及内容

成员组成及分工•介绍参与试验的小组成员及分工•具体任务分工，如设计试验方案，模型或原型布置，照相与摄像，数据记录与整理，数据分析与处理，执笔撰写等

试验过程•介绍试验标准、试验仪器及用品，相关的试验环境参数（如温度、湿度等）•试验内容及步骤，数据记录等

数据处理及分析•分析试验数据，给出试验结果与经过数据处理后的图表•对结果进行分析，说明现象，简要分析产生该现象的原因

结论与探究•总结试验得到的结论•对试验中遇到的问题进行讨论与说明

图4-14   试验报告主要内容