第20卷第2期宁波工程学院学报V o.l20No.2 2008年6月J OURNALOFNI NGBOUNI VERS I TYOFTECHNOLOGY J une.2008
Origin软件在大学物理实验数据处理中的应用
金淑华,秦艳芬,贺梅英
(宁波工程学院,浙江宁波315016)
摘要:文章介绍了O r i g i n软件的主要功能、技术特点。以实验为例,介绍O rig i n软件在大学物理实验中数据处理的方法。使用该软件处理物理实验数据能有效避免手工处理所带来的误差,而且方法简单,适合在实验教学中使用。
关键词:大学物理实验;数据处理;O r i g i n软件
中图分类号:O4-39文献标识码:A文章编号:1008-7109(2008)02-0004-04
1前言
1.1大学物理实验中的数据处理
大学物理实验是培养学生综合应用能力的重要课程,是后续专业实验课程的重要基础,也是大学生从事实践和科学研究工作的入门向导。实验数据和图像的处理是大学物理实验教学中重要的组成部分,是培养学生实验能力和科学素质的重要环节。
部分大学物理实验数据繁多,处理麻烦,且手工作图误差大,同样的数据由不同的学生来处理,结果可能不同。辅以计算机软件处理数据,一方面可以消除学生在处理数据时人为引入的各种误差,提高数据处理的精确度,使得同样的数据能得到相同的结果,从而为客观的评价学生的实验结果提供依据,另一方面也可以避免繁杂费时的数据处理过程。这样,可告别坐标纸、铅笔加橡皮的时代,代之以表格、图像,以及高的工作效率,同时还可以强化学生的计算机应用能力,激发学生对实验的兴趣。
在大学物理实验学习中,经常需要对实验获得的测试数据进行曲线拟合处理。在教学中,如何使学生在对实验数据从记录到最终结果的处理过程中达到严格和规范,都是值得仔细探讨和深入研究的。随着计算机的发展和普及,物理实验中得到的大量数据,有可能快速地进行处理。而实验数据的类型,数据量的多少和对数据的处理方法也因实验而异。
目前常见用Exce l等软件处理实验数据。虽然Exce l软件具有数据处理、曲线拟合功能,但对非线性数据处理拟合等方面不能提供很多相关信息以及参数。因此在实际操作中,对很多实验数据分析具有一定的局限性。而美国O rigin Lab公司推出的软件O ri g i n在这一问题上能够提供迅速、准确的信息和参数以及图形。
1.2软件O ri g in7.0的简单介绍
O rig i n是数据分析和制图软件,该软件在学术研究领域里有很广的应用范围,具有数据排序、调整、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能以及强大的绘图功能。使用该软件使得很多物理实验的数据处理和分析变得简单,并得到其它同类软件无法得到的更加准确的结果和更多附加结果。
O rig i n7.0是一个多文档界面应用程序。它将用户所有工作都保存在*.OPJ的工程文件中。Ori gin7.0本身提供了几十种二维、三维绘图模板而且允许用户自己定制模板。绘图时,只要选择所需要的模板就行。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板;可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便连接。工程文件各窗口相互关联,可以实现数据实时更新,即如果工作表中数据被改动之
收稿日期:2008-01-17
作者简介:金淑华,女,宁波工程学院理学院讲师。
金淑华,等:O rig i n软件在大学物理实验数据处理中的应用
后,其变化能即时反映到相关各窗口。
2实例说明
本文拟用O ri g i n7.0软件处理 夫兰克-赫兹实验 和 铁磁材料居里温度的测量 两个实验的数据。以下实验数据均来自于宁波工程学院2006级同学的实验报告。
夫兰克赫兹实验是重要的近代物理实验,它通过测定氩原子的第一激发电位(即中肯电位),证明原子能级的存在。本实验使用的测量仪器是由成都世纪中科仪器有限公司生产的。该实验数据较多,见表1。若数据处理采用传统的坐标纸上作图进行数据处理,虽然具有直观、简便的优点,但是这种方法主观性大,测量误差较大,处理比较费时,造成计算准确率降低、出错率多。同时手工填写的报告笔体很难规范,甚至难以辨认。
表1电压U
GK2与电流I
A
之间的关系
I
A
/10-10A00000000000
U
GK2
/V012345678910
I
A
/10-10A162036385341536268
U
GK2
/V11121314151617181920
I
A
/10-10A68666153745177112144165
U
GK2
/V21222324252627282930
I
A
/10-10A171163142111785367131196247
U
GK2
/V31323334353637383940
I
A
/10-10A2822962852471861196474166270
U
GK2
/V41424344454647484950
I
A
/10-10A36443547948645939828817296140
U
GK2
/V51525354555657585960
I
A
/10-10A276440589705776795761662513347
U
GK2
/V61626364656667686970
I
A
/10-10A24630646766986310161125116914101038
U
GK2
/V71727374757677787980
!!O ri g i n7.0作为一个优秀的科技绘图与数据处理软件为许多科技人员所喜爱。在电脑上安装好Ori gin7.0软件后,打开Origin7.0,在表格中输入相应实验数据,本实验以电压U G K2数据为横坐标数据,电流I A数据为纵坐标数据。进行数据分析时,只需选择所要分析的数据,然后再选择相应的菜单命令就可。该软件使用范围较为广泛,有规范的操作步骤、友好的工作界面。下面就图4的制作过程作简要介绍。
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宁波工程学院学报2008年第2期
打开O ri g i n 软件后,在空白的A (X),B (Y )处(见图1),输入相应的数据,作为图像的X 轴与Y 轴的数据。选中所有的数据,在图1的左下方选合适的线型。本例选取普通直线型,随即出现图2界面。双击 X Ax is T itle 或 Y Ax is T itle ,可输入坐标轴说明文字。然后双击坐标轴,出现图3界面。在这一步可对坐标轴及坐标轴上的数据做具体的细化。譬如选择 Sca le 按钮,再选中 V ertical ,可对纵向的数据进行有必要的区间选择。对 H orizonta l 按钮也可做类似的工作。其他操作具体可参见相关资料。图4是利用该制图软件所做的电压U GK2与电流I A 之间的关系图。
根据实验要求,利用软件功能,在图1中可快速读出相应的波峰电压U1、U 2、U3、U4和U5数据,进行最后的简单数据处理。处理如下:
U5-U4=79-69=10V;U4-U 3=69-56=13V U3-U2=56-42=14V;U2-U 1=42-31=11V
即可求得第一激发电位:U 010+13+14+1
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=12V ,与公认的参考数据11.5V 比较接近。利用该软件
辅助作图,节省了大量时间,不仅可激发学生学习物理实验的热情,还培养了他们运用现代技术手段学习物理知识的能力。同时,可以提高实验的精度,减小误差,增加实验内容的信息量,丰富实验内容,加图5交流电桥测量桥路电压与温度的关系深对物理概念的理解。
另外,在铁磁材料居里温度的测量实验中,用交流电桥图5可测量桥路电压随温度改变而相应变化的数据,利用电压、温度关系曲线图像的拐点来求出居里温度点。本实验同样可利用Orig i n 7.0软件特有的功能,快速实现这一目标。
参照图5,选择合适的电子元件相匹配。在电感L 中未放入铁氧体时,可直接使电桥平衡,但当其中一个电感放入铁氧体后,电感大小
发生了变化,引起电桥不平衡。此时,将放有铁氧体的电感加热。当温度上升到某一个值时,铁氧体的铁磁性转变为顺磁性,CD 两点间的电位差发生突变并趋于零,电桥又趋向于平衡,这个突变的点对应的温度就是居里温度Tc 。
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金淑华,等:O rig i n 软件在大学物理实验数据处理中的应用
可通过作出桥路电压与温度的关系曲线,求其曲线突变处的温度,其对应的温度就是居里温度Tc 。图6桥路电压与温度的关系曲线图
图6是利用O ri g in7.0软件制得的桥路电压与温度的关系曲线图。在上半图中可看出斜率绝对值最大处温度为78.6?,即居里温度Tc=78.6?,在下半图中可看到电压对温度的导数(dU dT
)
绝对值最大处对应温度也是78.6?。上下两张半图中数据一致。下半图的绘制也简单方便。输入相应的数据,点击O ri g in7.0软件的微积分命令即可。用O ri g i n 7.0软件进行数据处理,无需编程,可以实现数据计算和作图一体化,并且还很容易发现各研究参数之间的规律,其过程简便而且容易掌握,同时避免了手工作图的误差。
3结束语
现在计算机已普及,利用O ri g in 7.0软件对大学物理实验数据进行处理,可充分发挥计算机处理数据快速、准确的特点,大幅度提高工作效率,同时展现了该软件在物理实验数据处理和分析中直观、快捷、高效、精度高等特点。
参考文献:
[1]孙冬梅,周益明,陆天虹.OR I G I N 在物理化学实验数据处理中的应用[J].南京晓庄学院学报,2003,19(4):96-98.[2]金哲,金林虎.O ri g i n6.1在实验数据处理和分析中的应用[J].延边大学学报,2002,28(4):271-273.
A pplicati o n of Orig i n i n Data Processing i n Co llege Physics Experim ent
JIN Shu-hua ,Q IN Y an-fen ,HE M e i-y i n g
(N i n gbo Un i v ersity of Tec hno l o gy ,N i n gbo ,Zhe ji a ng ,315016,China)
Abstrac:t This paper introduces t h e m ain f u nctions and the techn ica l features of O ri g in soft w are as w ell as the m ethods for its use i n the data pr ocessi n g i n t h e co llege physics experi m ents .It is pr oved that its use can avo i d errors by m anual processi n g w ith si m ple m ethods .K ey w ords :college physics experi m en,t data processi n g ,O ri g i n
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