Origin軟件在實驗數據處理中的應用研究

孫明珠， 賈亞民， 王紅理， 吳青格樂

(西安交通大學 理學院， 陜西 西安 710049)

?

Origin軟件在實驗數據處理中的應用研究

孫明珠， 賈亞民， 王紅理， 吳青格樂

(西安交通大學 理學院， 陜西 西安 710049)

隨著計算機科學的普及與提高和學生對數據處理軟件的廣泛應用，在處理實驗數據過程中讓學生用線性、非線性、指數等多種函數程序對測量數據進行擬合處理并加以比較分析，使其在同等實驗條件下得到最為精確的經驗公式是一種較好的途徑。本文在大量實驗測量的基礎上，基于數據處理軟件Origin,采用不同計算方法對蓖麻油表面張力與溫度關系實驗的測量數據進行了處理，通過對實驗結果進行比較分析得到了更加精確地經驗公式，減小了實驗誤差找到。

Origin 軟件； 數據處理； 曲線擬合； 蓖麻油表

0 引 言

在物理實驗中，常有一些設計性與研討性實驗要求給出經驗公式，即對直接測得量與間接測得量間的關系用一種確定的函數表示，通常為了簡化問題將二次函數項以后的高次項舍去，使其變為線性關系，用圖解法(或線性擬合法)處理實驗數據獲得經驗公式，而舍去高次項所帶來的誤差有多大，沒有(甚至也無法)進行估算和比較。但隨著計算機科學的普及和學生對數據處理軟件的熟練掌握，處理實驗數據時讓學生分別調用線性、非線性、指數等多種函數程序對測量數據進行擬合處理并加以比較分析，使其在同等實驗條件下得到最為精確的經驗公式不失為一種較好的途徑。本文以測量蓖麻油表面張力與溫度間的關系為例，運用Origin軟件對測量數據進行處理，通過分析比較可以說明這一問題。

1 測量原理與裝置

實驗儀器和裝置如圖1所示，測量數據時，先將待測金屬圓環表面用蘸有酒精的棉球清洗干凈，使金屬圓環底面保持水平，同時調節器皿中蓖麻油表面水平，然后調節器皿底下的螺旋測微計，將金屬圓環漸漸侵入蓖麻油后再慢慢提起，測量圓環從蓖麻油表面脫離前后(即金屬環與蓖麻油間的粘膜破裂時)的拉力.本實驗中圓環表面張力較小,采用硅壓阻式力敏傳感器(又稱半導體應變計)來測量，傳感器輸出電壓大小與拉力F成正比。即

(1)

式中：K為力敏傳感器的靈敏度，V/N；U1、U2分別為圓環從蓖麻油表面脫離前后時刻傳感器輸出電壓的大小。由文獻[1]知：液體表面張力系數α為

(2)

式中：D1為金屬圓環的內徑；D2為外徑。通過定標得K=762.3 V/N。

在冬天測量溫度的變化范圍較寬，可以用水浴的辦法控制溫度。

圖1 液體表面系數張力測定儀

2 實驗數據

實驗采用的蓖麻油樣品參數為：折光率(20 ℃)：1.478～1.480，碘值：82～90，皂化值：176～186，酸值：4，測量計算結果如表1所示。

表1 蓖麻油表面張力的測量結果

3 數據處理

用Origin軟件對表1數據進行處理，繪制散點圖如圖2，幾種擬合方法及結果見表2。

圖2 測量結果散點圖

表2 幾種擬合方法及擬合結果

4 結果分析

將Lagrange插值法和三次擬合公式的計算結果(見表3)進行對比，可知三次擬合公式的計算結果更接近于實驗值。

表3 Lagrange插值法和三次擬合公式的計算結果進行對比

通過上述各種方法分析比較得知：三次擬合計算值最接近于實驗值，其公式的相關系數R2=0.999 899 7，最接近于1，擬合情況最好，誤差最小。

5 結 語

用Origin軟件以多種計算方法對實驗數據進行處理，對結果進行分析比較，可以優化結構，得到最佳表達形式，這種處理方法可用于多種實驗如電阻溫度系數測定、液體粘滯系數隨溫度的變化等實驗的數據處理。可以看出，運用計算機軟件處理數據既可以避免繁雜易錯的數學計算，強化學生計算機應用能力；也可以使學生知道實驗經驗公式能用幾種不同數學形式表達；且可以在同等實驗條件下得到更接近實際物理規律的經驗公式。

[1] 焦麗風，陸申龍.用力敏傳感器測量液體表面張力系數[J].物理實驗，2002，22(7):40-42.

[2] 周劍平． Origin 實用教程[M]． 7.5版.西安: 西安交通大學出版社，2007.

[3] 吳林濤，張軍朋. Origin8.0在物理實驗數據處理中的應用[J].大學物理實驗，2012，25(1)：61-63

[4] 李艷青，智麗麗，陳惠敏. Origin 在普朗克常數測量實驗數據處理中的應用[J]. 昌吉學院學報，2014(3)：78-81

[5] 湯傳義. 水的表面張力與溫度的關系[J]. 安慶師范學院學報(自然科學版)，2000，6(1)：73-74

[6] 馮學超. Origin對物理實驗數據處理重要性的分析[J]. 大學物理實驗，2013，26(1)：78-80

[7] 陳旭紅． 用Origin 軟件的線性擬合和非線性曲線擬合功能處理實驗數據[J]． 江蘇技術師范學院學報，2006，12(6): 85-89．

[8] 訾振發，于 淼，趙 敏，等.Origin 8．0軟件在單擺實驗中的應用[J]. 大學物理實驗，2013，26(1)：75-77.

[9] 歐穎賢， 張軍朋.Origin 在“研究金屬冷卻規律”實驗數據處理中的應用[J]. 實驗室研究與探索.2014,33(2)：122-125.

[10] 張 杰． 用Origin 進行物理實驗數據處理[J]． 物理教師，2007，28(5): 50-51．

[11] 李錦文, 吳先球, 熊建文. 利用Origin 軟件對大學物理實驗數據進行曲線分析的兩個實例[J]. 大學物理實驗, 2010,23(5):74-76.

[12] 朱 瑜，盧飛政.不同吊環組合對液體表面張力系數測量的影響[J]. 大學物理實驗, 2014,27(6)：67-70.

[13] 方曉懿，薛濱杰.作圖法研究物理實驗數據處理中的線性回歸問題[J]. 大學物理實驗, 2014,27(3)：117-119.

[14] 樂 松．Origin軟件在近代物理實驗數據辦理中的應用[J]．大學物理實驗，2011,24(6)：78-80．

[15] 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據處理中的比較[J]．大學物理實驗，2014,27(6)：106-109．

Application Research of Software Origin in Experimental Data Processing

SUNMing-zhu,JIYa-min,WANGHong-li,WUQing-ge-le

(School of Science，XI’an Jiaotong University，Xi’an 710049, China)

With the popularity of computer science and the wide application of data processing software, it is a good method to let the students to use linear, nonlinear, or exponential function to fit the measured data and to make comparative analysis in the process of data processing program. It can makes students get the most accurate empirical formula with the identical experimental conditions. In this paper, we apply the data processing software Origin, and use different calculation methods to establish the relationship between surface tension and temperature for the Castor Oil. Through the comparative analysis with the result of the experiments, students can get the more precise empirical formula, and find a better way to reduce experimental error.

software Origin; data processing; curve fitting; castor oil

2015-01-19

孫明珠(1963-)，女，陜西渭南人，學士，工程師，從事物理實驗教學與研究工作。

Tel.: 18729313063; E-mail: ming.zhu.sun@stu.xjtu.edu.cn

O 4-39

A

1006-7167(2015)10-0096-03