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逐差法和Origin 7.0在大学物理实验数据处理中的比较

设金属丝直径为d,则截面积 ,其杨氏模量为
(1)
本实验采用图光杠杆法测得ΔL值(见图1)
(2)
将(2)代入式(1)得
(3)
1.1逐差法求
应用加重和减重的对称测量法测量,消除弹性滞后效应引起的系统误差。
多次测量 (4)
1.2用Origin 7.0软件求
把(3)上式改写为 (5)
用origin7.0软件作图处理数据,作出 ~ 的关系图。
Abstract:This paperdescribles that theyoung's modulus’s data is measured by thegradual deduction methodand theOrigin 7.0 software.The results showthat, the way ,usingthesoftwareto process theexperiment’sdata, havesimple, quicklyand intuitive features. And it can avoid the errors caused by man-made factors.Inthephysics experiment data processing, it also hassignificant application value.
6 结论
通过Origin7.0软件处理用拉伸法测金属丝的杨氏模量实验的数据,并与教材使用的逐差法处理实验数据进行比较,充分体现了用计算机软件处理实验数据简化了数据处理过程,提高了实验结果的准确度,也避免了人为因素所造成的误差,在物理实验数据处理过程中有显著的应用价值。
参考文献
[1]钱萍,申江主编 物理实验数据的计算机处理[M]北京:化学工业出版社,2007.2.
RSDNP
0.999930.014238<0.0001
A为截距以及截距的标准偏差SA;B为斜率以及斜率的标准偏差SB;R为相关系数;P为
Probability (that R is zero)R=0的置信概率;N为数据点的个数;SD为拟合变量Y的标准偏差SY。R的平方值代表拟合曲线的确定系数,用来检验拟合方程是否符合变量间的规律及拟合曲线的精度如何。 值越接近1,说明实测数据点越靠近拟合曲线,趋势线越可靠。从表5中可以得出 =0.99986。因此这直线拟合非常可靠。从表5中可以看出,拟合的直线方程为:Y=0.02+0.45643X
=( )cm
表2 金属丝直径测量数据
金属丝直径
未加载时 加满载时
± (mm)
1 2 1 2
(mm)
(mm)
(mm)
0.601 0.601 0.599 0.599
0.601 0.601 0.600 0.600
0.602 0.601 0.596 0.598
表3其它数据测量
螺旋测微器零点读数:0.000mm ;游标卡尺零点读数0.00cm
逐差法和Origin7.0软件在大学物理实验数据处理中的比较
摘要本文用逐差法和Origin7.0软件分别对拉伸法测金属丝杨氏模量的实验数据进行处理,结果表明,利用Origin7.0软件处理实验数据,具有简洁、快捷与直观等特点,避免了人为因素所造成的误差,在物理实验数据处理过程中有显著的应用价值。
关键词逐差法;Origin7.0软件;不确定度;பைடு நூலகம்据处理
4.4用Origin7.0处理实验数据结果(标准值: )
拟合的直线方程为:Y=0.02+0.45643X
得 将有关数据代入得:
杨氏模量
百分差:
相对不确定度
5两种数据处理方法的结果比较
用逐差法和Origin7.0软件处理结果进行比较得到: ;
。逐差法产生较大的误差,是因为实验数据的取样个数对处理结果会产生极大影响。另外,从上面的数据处理的过程来看,用逐差法进行数据处理较繁杂并费时。同样的数据,用Origin 7.0软件进行数据能得到比较精确的实验结果,而且计算量不大,并且直观、快捷、高效。从这个角度来说,用Origin 7.0软件对拉伸法测金属丝杨氏模量的实验进行数据处理是不错的选择。
4.2调用绘图窗口绘制散点图
全选所有输入的实验数据后,点击菜单Plot的Scatter,能得到数据散点图Graph1,将鼠标放在Graph1上的坐标轴上双击,弹出一个对话框,在这个对话框中设置相应坐标轴参数(如图3)。
4.3执行Fit Linear(线性拟合)得到拟合直线
绘出散点图后,选择Analysis菜单中的Fit Linear如图4,即可对该图形进行线性拟合,Graph1中新增一条拟合出来的直线如图5。
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
(cm)
0.00
0.48
0.96
1.39
1.84
2.30
2.76
3.21
4.1数据输入Origin7.0的工作表
将表4中的数据分别在Origin7.0的Worksheet中输入,将表4 作为X轴, 作为Y轴得到
如图2所示的窗口。
图2实验数据输入图 图3 - 散点图
3.000
0.00 0.00 0.00
0.47 0.49 0.48
0.94 0.98 0.96
1.38 1.40 1.39
1.84
1.82
1.80
1.82
4
5
6
7
4.000
5.000
6.000
7.000
1.83 1.85 1.84
2.29 2.31 2.30
2.77 2.75 2.76
3.21 3.21 3.21
大学物理实验测得的数据,必须经过科学的分析和处理,才能揭示出各物理量之间的关系。我们把从获得原始数据起到得出结论为止的加工过程称为数据处理。目前大多数大学物理实验教材中对于实验数据的处理方法有:逐差法、列表法、作图法、最小二乘法。在实验教学中,一般将测量的实验数据选用某种处理方法,来计算实验结果及测量误差分析。不管用那种方法处理实验数据处理,既繁琐又枯燥,又占用学生大量的课外时间,成为教师和大学生头痛的事情。随着现代教育的发展,大量的实验数据和图像都可以通过计算机应用软件进行分析和处理。利用先进的计算机软件对大量的实验数据进行成批的数据处理能够提高学生的学习效率,使学生从繁琐的数据推导和计算中解脱出来。而美国Origin Lab公司推出的软件Origin 7.0在这一问题上能够提供迅速、准确的信息和参数以及图形。因此它在教学、科研、工程技术等领域具有广泛的应用。[1] [3]
图5线性拟合图
4.4结果在Results Log窗口中
同时弹出结果窗口Result s Log,显示拟合结果见表5。
表5数据拟合参数
Linear Regression for Data1_A:Y= A + B*X
ParameterValueError
A0.020.00918
B0.456430.0022
本文以该软件用于拉伸法测金属丝杨氏模量的实验数据处理过程为例,并与逐差法进行比较,使用Origin 7.0软件能完成实验数据的准确快速处理与分析。
1实验原理[2]
一根均匀的金属丝,长度为L,截面积为S,在受到沿长度方向的外力F的作用时发生形变,伸长ΔL。根据胡克定律,在弹性限度内,其应力F/S与应变ΔL/L成正比,即
key words:gradual deduction method;Origin 7.0 sof tware;undefined degree;process data
令 ; ; ;
可得到拟合直线方程 ,并从其斜率k中求出E值。
2实验数据
本实验采用YNC-1杨氏模量测定仪,原始实验来自教学用的教师示范报告, 实验数据及部分数据处理见表1、表2及表3。
表1望远镜中直尺读数记录
i
Mi(kg)
直尺读数(cm)
(cm)
加砝码 减砝码 平均
0
1
2
3
0.000
1.000
2.000
金属丝伸长量
3.2计算金属丝直径 及不确定度计算:
3.3计算杨氏模量 及 的不确定度:
相对不确定度
3.4逐差法处理数据结果(标准值: )
杨氏模量E=(2.02 0.13)
百分差:
相对不确定度
4用Origin 7.0处理实验数据[3]
从表1中可得到 与 之间关系数据表4
(kg)
0.000
1.000
2.000
[2]杨述武,赵立竹,沈国土主编, 普通物理实验1,力学、热学部分[M]北京:高等教育出版社,2007.12.
[3]刘芬,王爱芳,孙大鹏,杨田林Origin软件在大学物理实验数据处理中的应用[J].
实验科学与技术2010.01.
The Comparison of Gradual Deduction Method and Origin 7. 0In College Physics Experiment Data Processing
(150.2 0.5) cm
(68.20 0.05) cm
(76.60 0.02) mm
3逐差法处理实验数据
逐差法是数据处理中的一种常用方法。一般来说,使用逐差法进行数据处理要满足两个条件:(1)函数具有 的线性或有多项形式;(2)自变量是等间距变化。本实验通常采用逐差法来处理实验数据。
3.1用逐差法求 , 的不确定度计算:
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