周 丹，王麗娜，遲建衛(wèi)，徐建萍，唐茂勇，汪彥軍

(大連海洋大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 大連 116023)

利用Origin 8.6軟件處理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

周 丹，王麗娜，遲建衛(wèi)，徐建萍，唐茂勇，汪彥軍

(大連海洋大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 大連 116023)

通過牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)和夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)兩個(gè)例子，介紹如何運(yùn)用Origin 8.6軟件進(jìn)行繪圖、曲線擬合及數(shù)據(jù)處理。針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論，并將操作方法推廣到其他大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理過程，減少了數(shù)據(jù)處理過程中的誤差。

Origin 8.6軟件；牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)；夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)；數(shù)據(jù)處理

Origin軟件是在Windows平臺(tái)下用于數(shù)據(jù)分析、科學(xué)繪圖的軟件。其采用直觀的窗口菜單和操作工具欄，無需用戶編寫任何程序代碼即可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖[1]。因而，它被廣泛地應(yīng)用到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及繪圖中，例如，應(yīng)用Origin軟件計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)行曲線擬合，進(jìn)而求得相關(guān)參數(shù)及繪制特征曲線等[2]。

本文以“牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)”和“夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)”為例，利用Origin 8.6軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而介紹Origin 8.6中數(shù)據(jù)計(jì)算、繪圖及曲線擬合的簡(jiǎn)單方法，展示Origin軟件在數(shù)據(jù)分析和曲線繪制方面的強(qiáng)大功能及應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的方便性與準(zhǔn)確性[3-5]。

1 實(shí)例分析

1.1 實(shí)例1——用牛頓環(huán)測(cè)透鏡曲率半徑

牛頓環(huán)是典型的等厚干涉。牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中的牛頓環(huán)儀是將一塊曲率半徑很大的平凸透鏡凸面向下疊放在一塊平板玻璃上，形成一層以接觸點(diǎn)為中心向外厚度逐漸增加的空氣膜。當(dāng)一束單色光垂直照射時(shí)，在薄膜上、下表面反射的兩束光滿足相干條件產(chǎn)生干涉，形成一組同心的干涉圓環(huán)[6]。干涉暗環(huán)的直徑與環(huán)的級(jí)數(shù)之間滿足

表1 牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)

用Origin8.6對(duì)上表數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及繪圖的步驟如下：

步驟1 啟動(dòng)Origin8.6軟件。軟件默認(rèn)打開一個(gè)worksheet窗口，在Origin標(biāo)準(zhǔn)工具欄內(nèi)選擇“AddNewColumn”，工作表增加一列。將表中1的暗環(huán)級(jí)數(shù)K和暗環(huán)的左右兩個(gè)位置數(shù)值分別鍵入Data 1中的第1、2、3列。

圖1 Origin工作圖

步驟3 單擊Origin主菜單中的“Analysis”，在下拉菜單中選擇“Fit Linear”，Origin軟件即可繪制出擬合曲線，同時(shí)輸出擬合結(jié)果，如圖2所示。

圖關(guān)系曲線圖

1.2 實(shí)例2——夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)

夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)是通過測(cè)定氬原子的第一激發(fā)電位來證明原子能級(jí)的存在[7]。本實(shí)驗(yàn)使用成都世紀(jì)中科儀器有限公司生產(chǎn)的ZKY-FH-2型智能夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀。電源打開后，儀器需預(yù)熱幾分鐘，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，調(diào)節(jié)加速電壓，記錄72組數(shù)據(jù)(由于數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)表格略)。

用Origin8.6繪制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，運(yùn)用Origin軟件中曲線分析的相關(guān)功能對(duì)曲線進(jìn)行尋峰，具體步驟如下：

步驟1 啟動(dòng)Origin8.6軟件。軟件默認(rèn)打開一個(gè)worksheet窗口，將電壓值和電流值分別鍵入Data1中的第1、2列。

步驟2 選中數(shù)據(jù)，在菜單欄上單擊“Analysis”，選擇“Fitting”-“FitPolynomial”命令按鈕，得到圖3。

圖3 I-UG2K圖

步驟3 選中圖形，選擇菜單欄“Analysis”上的“PeaksandBaseline”命令按鈕，再選擇其下拉菜單中的“PeakAnalyzer”命令按鈕，得到圖形中的峰值記錄，分別為：U1=22V,U2=32V,U3=42V,U4=54V,U5=65V。

用逐差法計(jì)算每?jī)蓚€(gè)相鄰峰對(duì)應(yīng)的UG2K之差值ΔUG2K，算出其平均值為：

2 結(jié)束語

通過牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)和夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)，介紹了Origin8.6軟件在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)數(shù)據(jù)處理及繪制圖形方面的具體應(yīng)用。結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件輔助處理數(shù)據(jù)克服了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中手工處理數(shù)據(jù)的繁瑣、枯燥[8]，可直觀形象地展現(xiàn)出物理變化規(guī)律[9]，有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)，對(duì)于提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平也大有裨益[10]。

[1]王秀峰. 數(shù)據(jù)分析與科學(xué)繪圖軟件Origin詳解[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]樊洋，姚陸鋒. 計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)處理在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013,16(6)：48-49.

[3]王必利，李延標(biāo)，葛星. 關(guān)于轉(zhuǎn)型時(shí)期軍隊(duì)院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考[J]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011,24(3)：99-101.

[4]宋露露. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的教學(xué)問題研究[D]. 武漢：華中師范大學(xué)，2006：4-5.

[5]牟中飛，吳福根，胡義華，等.Origin軟件在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009,7(4)：60-62.

[6]楊桂娟，汪靜，胡玉才. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2013.

[7]張里荃，馬艷梅，郝二娟. 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)最佳實(shí)驗(yàn)條件及第一激發(fā)電位的研究[J].物理實(shí)驗(yàn)，2011,31(8)：37-38.

[8] 劉芬,王愛芳,孫大鵬,等.Origin軟件在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2010, 8(1): 19-22.

[9] 馮學(xué)超.Origin對(duì)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理重要性的分析[J]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013,26(1):78-80.

[10]吳林濤，張軍明.Origin8.0在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012,25(1):61-63.

Processing the Experimental Data of College Physics Experiment with Origin 8.6

ZHOU Dan, WANG Lina, CHI Jianwei, XU Jianping, TANG Maoyong, WANG Yanjun

(College of Science, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China)

Based on the two examples of Newton Circle experiment and Franck-Hertz experiment, some functions of drawing, curve fitting and data processing were introduced using the software of Origin 8.6. This paper also discussed the data processing in detail, and generalized this approach to other college physics experiments. The method can make dataprocessing easier and diminish the errors of data.

Origin 8.6 software；Newton Circle experiment；Franck-Hertz experiment；data processing

2014-05-07；修改日期: 2014-06-30

周 丹(1977-)，女，碩士，副教授，研究方向：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)模擬與優(yōu)化。

TP319；O4.39

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.024