不良导体热导率测量原理的修正与数据处理的改进.pdf

不良导体热导率的测量对于大学物理实验来说是一项重要的热学实验内容，涉及到热力学和热传导理论的实践应用。本文件提出的问题主要集中在实验中热导率计算结果出现负值以及实验数据处理过程中的复杂性。为了解决这些问题，本文作者徐兵提出了对实验基本原理的修正，并对数据处理方法进行了改进。 不良导体热导率测量基本原理是基于傅立叶热传导定律的。实验中通常使用稳态平板法进行测量，通过测量加热盘和待测样品上下表面的稳定温度差，来计算传热速率。实验过程中，样品在稳定热传导条件下，其传热速率与周围环境的散热速率成正比。通过设置好加热盘的稳定温度，然后待样品达到稳态后记录相关数据。 以往实验教材和文献中的计算方法会导致导热系数出现负值，这显然是不合理的。作者通过修正公式推导中的错误，即修正了加热速率与降温速率的符号，确保了在加热与散热平衡的状态下得到正的导热系数。这一修正不仅保证了理论的合理性，而且使得实验结果更加符合实际情况。 在数据处理方面，作者提到手工作图法存在误差大且精确度不高的问题。为了解决这个问题，文中提出利用Excel软件的图表功能来处理实验数据。Excel作为一个广泛使用的办公软件，具有强大的数据处理和图表绘制功能，对于大学生来说也相对容易掌握。通过输入实验冷却数据到Excel中，并使用图表向导选择合适的图表类型，可以快速得到冷却曲线。 多项式拟合是进一步的数据处理步骤，通过对散点数据进行拟合，可以得到更准确的冷却曲线方程。在Excel中选择多项式拟合，并显示公式和R平方值，可以评估拟合结果的好坏。R平方值，即相关系数或决定系数，可以反映出趋势线的估计值与实际数据的吻合程度。通过求解冷却曲线的斜率，即可以得到冷却速率，这对于评估样品的热导率至关重要。 在整个数据处理过程中，作者强调了使用Excel进行数据处理的便捷性和适用性，尤其是在对低年级学生进行教学时。通过使用Excel，学生可以更准确、更快速地完成数据处理和分析工作，减少人为误差，提高实验数据处理的效率和准确性。 总结来说，本文通过修正不良导体热导率测量的基本原理，并提出使用Excel进行数据处理和多项式拟合的新方法，有效解决了传统实验方法中的问题。这些改进不仅提高了实验结果的准确性，也使得数据处理变得更加简单易行，更适合在大学物理实验教学中的应用。同时，这些改进方法也可以作为参考，用于其他需要进行数据处理和分析的实验研究中，具有一定的普适性和推广价值。