郝長春，孫潤廣

(陜西師范大學(xué)，陜西西安 710119)

大學(xué)物理實驗課程是大學(xué)理科學(xué)生非常重要的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計和動手能力等方面起著重要作用。物理實驗需要采集大量數(shù)據(jù)，實驗者需要對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、整理、計算與分析，從而尋找出測量對象的內(nèi)在規(guī)律，正確給出實驗結(jié)果，所以說數(shù)據(jù)處理是物理實驗工作不可缺少的一部分。實驗日常教學(xué)中運用手工計算顯得非常繁瑣且在處理數(shù)據(jù)的過程中容易出現(xiàn)計算出錯。隨著計算機的普及和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，實驗人員經(jīng)常使用一些應(yīng)用軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如 Origin等［1-3］。在此基礎(chǔ)上，介紹了 Origin 9．0在實驗數(shù)據(jù)處理過程中的一些應(yīng)用，這樣能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，加強學(xué)生應(yīng)用計算機軟件的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為以后從事科研或者分析工作奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而提高大學(xué)生的整體素質(zhì)。

1 單擺法測重力加速度實驗

此實驗在擺角θ＜5°時記錄單擺的擺長L與周期T的數(shù)值［4］，見表1所示。

表1 單擺周期T與擺長L的關(guān)系

打開Origin 9．0，在workbook工作表A(X)中輸入擺長數(shù)值，在B(Y)列中輸入周期T實驗值，實驗中需要對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單單位換算和數(shù)值運算。

圖1 單擺擺長和周期平方關(guān)系

首先擺長數(shù)值需要轉(zhuǎn)換成國際單位制“米”，所以數(shù)值需要進(jìn)行換算，右擊“Add New Column”，出現(xiàn)C(Y)，選中后右鍵選擇“Set Column Values”，編輯公示 Col(C)=Col(A)/100，然后點擊“OK”。然后再重復(fù)增加列為D(Y)，為D(Y)賦值為Col(B)×Col(B)。此時C(Y)代表擺長L，D(Y)代表 T2。選中 C(Y)右鍵“Set As——-X”，針對數(shù)據(jù)就可以對擺長和周期平方作圖。選定 C 和 D，點擊 Analysis——-Fitting——-Fit Linear然后做好相應(yīng)的設(shè)置得到下面所示的關(guān)系圖．

從擬合圖中可以直接讀出斜率以及截距標(biāo)準(zhǔn)偏差和相關(guān)系數(shù)，見表2所示。

表2 擺長與周期平方數(shù)據(jù)線性擬合參數(shù)

從表2可以看出使用origin9．0擬合的參數(shù)，提取斜率數(shù)值4．03837，就可以計算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9．765 m/s2，實驗擬合相關(guān)系數(shù)為0．999 89，非常接近1，說明數(shù)值擬合準(zhǔn)確。

2 測定金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)實驗

在測定金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)的實驗中，金屬導(dǎo)體的電阻與溫度的關(guān)系為:

式子中R0是0℃時的電阻，α是電阻溫度系數(shù)。實驗記錄不同溫度下的電阻值，然后線性擬合后計算出電阻溫度系數(shù)。實驗中數(shù)據(jù)記錄見表3所示:

表3 溫度t與電阻R的關(guān)系

電阻與溫度的公式可以看出不是標(biāo)準(zhǔn)的線性函數(shù)表達(dá)方式，所以需要將其變形為:

根據(jù)公式，t與R滿足正比例函數(shù)y=kx+b，畫出t和R的關(guān)系圖像得到一條直線，根據(jù)這條直線的截距b和斜率k，先求出α，再求出R0的數(shù)值。

打開Origin9．0，在 workbook工作表 A(X)中輸入電阻數(shù)值，在B(Y)列中輸入時間值，選定A和 B，點擊 Analysis——-Fitting——-Fit Linear，得到下面所示的關(guān)系圖。

圖2 電阻阻值與溫度關(guān)系

從擬合圖中可以直接讀出圖2的斜率以及截距標(biāo)準(zhǔn)偏差和相關(guān)系數(shù)，見表4所示。

表4 擺長與周期平方數(shù)據(jù)線性擬合參數(shù)

由表4可以看出擬合直線截距數(shù)值－233．092 9，從而可以計算出該金屬導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù) α值約為0．004，然后通過斜率數(shù)值6．617 74，可以計算出金屬導(dǎo)體在0℃時的電阻R0值為37．777Ω，實驗擬合相關(guān)系數(shù)為 0．999 01，非常接近1，說明數(shù)值擬合準(zhǔn)確。

3 結(jié) 論

用Origin 9．0分析了單擺法測重力加速度和測定金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)實驗數(shù)據(jù)，兩種都是通過實驗數(shù)據(jù)的直線擬合進(jìn)行運算，但是單擺實驗中需要進(jìn)行單位的換算，而金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)測定實驗中需要進(jìn)行公式的變形。兩個實驗都體現(xiàn)了Origin 9．0處理數(shù)據(jù)的優(yōu)越性，在得到相關(guān)系數(shù)的同時，還給出了數(shù)值統(tǒng)計的標(biāo)準(zhǔn)偏差和擬合度相關(guān)系數(shù)，體現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性。該軟件的應(yīng)用節(jié)省了手工作圖的時間，并且能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生的整體素質(zhì)，為將來工作或者科研學(xué)習(xí)中奠定基礎(chǔ)。

［1］ 段秀芝，楊萍萍．Origin軟件在大學(xué)物理實驗教學(xué)過程中的應(yīng)用［J］．大學(xué)物理實驗，2013，26(5):79-80．

［2］ 訾振發(fā)，于淼，趙敏，等．Origin8．0軟件在單擺實驗中的應(yīng)用［J］．大學(xué)物理實驗，2013，26(1):75-77．

［3］ 李丹鳳，夏雪琴．逐差法和Origin7．0軟件在測量氦氖激光的波長實驗數(shù)據(jù)處理中的比較［J］．大學(xué)物理實驗，2014，27(6):106-109．

［4］ 吳俊林．大學(xué)物理實驗［M］．北京:科學(xué)出版社，2013，8．