徐 兵 孔凡寶 許少華

武漢軍械士官學(xué)校 湖北武漢 430075

Origin在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

徐 兵 孔凡寶 許少華

武漢軍械士官學(xué)校 湖北武漢 430075

介紹了Origin對(duì)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，通過(guò)繪圖和對(duì)圖線的擬合闡述了該軟件的使用方法。使用Origin處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果精確、簡(jiǎn)單快捷，能提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

Origin軟件；物理實(shí)驗(yàn)；數(shù)據(jù)處理；線性擬合

物理課程是軍械士官課程體系中的一門(mén)必修基礎(chǔ)課，物理實(shí)驗(yàn)是物理課程教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)士官學(xué)員動(dòng)手操作能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力方面起著重要作用。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常需要對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果采用傳統(tǒng)的手工作圖處理方法，計(jì)算量大且實(shí)驗(yàn)曲線擬合粗糙，選用合理高效的數(shù)據(jù)處理方法顯得尤其重要。Origin是一款數(shù)據(jù)分析和制圖軟件，廣泛應(yīng)用于科研學(xué)術(shù)領(lǐng)域，具有數(shù)據(jù)錄入、調(diào)整，曲線擬合等各種數(shù)據(jù)分析功能和強(qiáng)大的繪圖功能。使用Origin軟件對(duì)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，不僅快速準(zhǔn)確，免除了大量繁雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，而且可以強(qiáng)化學(xué)員的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，激發(fā)學(xué)員對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

以“霍爾效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為例，介紹Origin軟件在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。

1 測(cè)定霍爾電壓UH與勵(lì)磁電流IM的關(guān)系，繪制UH-IM曲線

按照FB510型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀接線圖把各相應(yīng)連線接好，閉合電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)霍爾工作電流IS=1.70mA，預(yù)熱5分鐘后，調(diào)節(jié)霍爾傳感器位置，使傳感器印板上0刻度對(duì)準(zhǔn)電磁鐵上中間基準(zhǔn)線。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為0，100，200，300，400……1000mA，測(cè)出相應(yīng)的霍爾電壓UH，根據(jù)負(fù)效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，采用電流和磁場(chǎng)換向的對(duì)稱測(cè)量法，即對(duì)每一勵(lì)磁電流值分別改變IM和IS的方向，取4次測(cè)量絕對(duì)值的平均值作為測(cè)量數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在Excel表格中，通過(guò)Origin的File菜單將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin工作表。例如IM的值作為X軸輸入，UH的值作為Y軸輸入，然后選中兩列數(shù)據(jù)，使用“Symbol”功能即可繪制UH-IM曲線(如圖1所示)。從UH-IM圖像可以看出兩組數(shù)據(jù)呈線性關(guān)系，在菜單“Analysis”下拉菜單中選擇“Fitting”中的“Fit linear”功能，對(duì)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行線性擬合，擬合得到的直線斜率和截距等信息由Origin可直接給出，通過(guò)該擬合直線的斜率我們可以求出霍爾元件的靈敏度KH。

圖1 UH-IM 擬合曲線

2 測(cè)定霍爾電壓UH與霍爾工作電流IS的關(guān)系，繪制UH-IS曲線

把霍爾傳感器位置調(diào)節(jié)到磁鐵空氣隙中心，保持IM絕對(duì)值不變（取IM=600mA），改變IS的值，用Excel表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸入到Origin工作表并繪圖，即可得UH-IS曲線。我們同樣可由Origin的線性擬合功能對(duì)圖線進(jìn)行擬合，得到UH-IS的擬合直線(如圖2所示)，由Origin讀出其斜率和截距等信息，用于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。

圖2 UH-IS擬合曲線

3 測(cè)定霍爾電壓UH與霍爾傳感器位置X的關(guān)系，繪制UH-X曲線

調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流IM=300mA，IS=5.0mA，測(cè)量霍爾電壓UH與水平位置X的關(guān)系，作電磁鐵氣隙磁場(chǎng)沿水平方向分布的UH-X曲線(如圖3所示)。

圖3 UH-X擬合曲線

從UH-X圖像中可以看到隨著X絕對(duì)值的增大,霍爾電壓UH逐漸減小,這說(shuō)明位于螺線管中軸內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨螺線管向兩端逐漸減小。利用Origin“屏幕讀取”功能,可以得到曲線上每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo),我們可以通過(guò)圖1和圖3來(lái)比較螺線管中央和端口中心處磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量值和理論值,更加方便地分析誤差。

[1] 張博，毛巍威.Origin在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].科技信息，2010，13：15

[2] 張磊，徐飛，陳玉林.Origin7.5在夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，4：20～21

[3] 方安平.Origin7.5科技繪圖及數(shù)據(jù)處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

Application of origin in treating data of the physics experiment

Xu Bing, Kong Fanbao, Xu Shaohua
Wuhan ordnance noncommissioned offi cers academy, Wuhan, 430075, China

This paper introduces the application method of origin in treating data of Physics experiment, through drawings and the fi tting of lines. Physical experimental teaching can be improved by using the origin in treating data of the physics experiment.

origin; physical experiment; data processing; linear fi tting

2010-12-08 稿件編號(hào)：1012042

徐兵，碩士，講師?？追矊殻究?，助教。許少華，本科，講師。