物理实验数据

物理实验数据（共11篇）

物理实验数据 篇1

物理学是一门以实验为基础的自然科学。实验教学对发展学生潜能具有重要意义, 实验教学是物理教学很重要的一部分, 有助于激发学生学习物理的兴趣。我们物理教师有责任指导好学生的实验。在做物理实验时, 教师要引导学生认真观察物理现象, 认真记清各种数据, 养成认真的科研态度并形成习惯。这对于一个人的可持续发展具有重要意义。

我们通过实验得到一系列数据后, 应对数据进行分析, 判断真伪, 弄清虚实, 再用数学方法 (包括公式计算、图象描绘或几何作图等方法) 处理数据得出正确结论。学生自己做实验得出的结论会印象深刻, 有助于理解物理定律, 而且实验教学有助于帮助学生养成探究物理奥秘的习惯, 帮助学生学会研究物理。

中学物理实验中, 数据测量的记录, 整理和分析的常用方法有以下几种:

一、累积法

对一些微小量, 不易直接测量、误差太大或没有更精确的仪器测量时, 我们可把它们累积后, 扩大测量范围, 以减小相对误差。如在测单摆的周期时, 我们可以先测振动30～50次的时间;在分析打点计时器的纸带时, 可以几个点为一组计数点等。

二、等效替代法

对于一些不直观或不易测量的物理量, 我们可以通过等效效果法, 用较直观、易测量的量来代替, 如在研究碰撞中的动量定恒时, 我们可用水平位移代替水平速度来研究等。

三、作图法

作图法是物理实验中最常用的处理实验数据的方法之一, 用作图法处理数据的优点是直观、简便。作图法其实是由特殊数据绘出一般图象, 再由一般图象得出特殊数据的方法。

作图的规则:

1. 作图一定要用坐标纸, 坐标值的大小要根据测量数据的有效数字的多少和结果的需要来定。

2. 要明确坐标轴名、单位, 在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值。

3. 图上连线要用直尺 (直线、折线) 或曲线

尺 (光滑曲线) , 连线时不一定通过所有的数据点, 而要使数据点在线的两侧合理地分布。

4. 在图上求直线的斜率时, 要选取线上相距较远的两点, 不一定要取原来测的数据点。

5. 使用时常使图形线性化, 即“将曲改直”,

例如, 在验证牛顿第二定律的实验中, 将a-m图象改画成a-1/m图象就可将不易看出二者关系的曲线改画成了关系明朗的直线。

四、平均值法

现行教材只介绍算术平均值, 即把测定的若干组数相加求和, 然后除以测量次数。我们在求取平均值时应注意要按原来测量仪器的准确度决定保留的位数。

在应用平均值法测量那些间接测量的物理量时, 要注意平均值是待测量而不是中间某些量, 比如伏安法测电阻、测了几组U和对应的I, 不能去求几组U或I的平均值, 而是用每组U和I算出一个R后, 用几组的R求平均。再如, 测透镜焦距时, 由几组U的值得几组V的值, 求出几组f的值, 然后对几组f求平均, 得透镜焦距的平均值;如果求几组U的平均和几组V的平均是毫无意义的。

五、逐差法

逐差法多用在对匀变速直线运动的分析上, 尤其是对纸带的分析, 求匀速直线运动加速度精确度较高。

以上是我总结的中学物理实验数据分析的一般方法。我多年的教学经验表面, 学生会在这些方法的指导下得出正确的结论, 掌握重要的物理知识, 也会在这样的方法指导下形成对物理的长足的兴趣。

物理实验数据 篇2

关键词 PASCO数据采集器；探究性学习；磁场

中图分类号：G424.31 文献标识码：A文章编号：1671-489X（2007）12－0048-02

Application Data-logger Carries on Physical Experiment Zetetic Study//Yu Jianmin，Zhang Yuanfu，Zhong Jiansong

Abstract This article introduced carries on the physical zetetic experiment using the PASCO data-logger. Through to mobile phone around magnetic field survey, exposition use data-logger in physical zetetic study obvious superiority：The technology content is high, the real-time gathering data, the experiment consumes when short, can strengthen student's perceptual knowledge and the direct-viewing understanding, and may carry on many kinds of analyses using the software to the data, the space which the development inquired into.

Key words PASCO data-logger；zetetic study；magnetic field

Author’s address College of Science, Jiujiang University,Jiujiang, Jiangxi 332005

物理学是一门实验科学，它教导学生主动参与交流、合作、探究等多种学习活动，而探究学习与探究实验是教育技术、教育观念和教学方法相结合的创新，实验则是物理探究性学习的有效方式。传统的物理实验存在一些不足，如实验过程繁琐，实验数据处理复杂，特别是一些微小变化和暂态过程很难被显示或测量。应用PASCO数据采集器实验系统则可以大大弥补上述不足，它可以使物理实验更直观简单。本文试图通过对手机周围磁场的测量实验来说明上述问题。

1 PASCO数据采集器系统

PASCO产品提供物理、化学、生物、科学、环境、工程实验等课程使用的传感器、数据采集器接口和支撑软件配套，构成基于计算机和网络应用的新一代数字化实验系统的整体解决方案。PASCO探究实验系统主要包含传感器、数据采集器接口、配套软件。探究实验系统是使用计算机实时采集、存储、显示数据，并进行分析的硬件、软件和课程的组合。传感器接到数据采集器接口中，通过USB和计算机相联。PASC0的图形数据采集器，既可以作为接口和计算机相联，又是一个功能很强的计算机，可单独使用。

与传统实验手段相比，应用数据采集器进行物理实验测量有着明显的优越性。应用数据采集器与计算机结合能提高实验的测量精度，实现测量数据和实验结果的自动输出，消除传统实验仪器多次采样造成的误差；在表现微小变化和显示暂态过程一类的物理实验方面，由于数据采集器的采样频率和灵敏度高，可以在电脑屏上实现实验数据的同步显示数据，并能自动进行数据处理及绘出图像。同时，由于PASCO的测量设备可移动性强，可以被方便地带到户外开展探究性学习活动，探索物理规律。

用该系统做实验，能使实验操作简单，既可做定量实验，也可做定性演示。数据采集器真实记录实验数据，学生能立即看到实验结果，花较少的时间记录和处理数据，且有更多的时间探究实验过程并检测物理概念，拓宽探究的空间。

2 实验：手机电磁周围磁场的测量

通过应用PASCO数据采集器与计算机结合，笔者进行手机周围磁场测量的物理探究性学习。

（1）主要实验仪器：PASCO500数据采集器、磁场传感器、计算机、手机。

（2）实验目的：在手机附近的不同位置探测其通话过程的电磁周围磁场强度，了解在手机不同状态下，手机天线附近磁场的变化状况。

（3）实验测量数据见图1、图2。

3 结论分析

图2中测量的是一类手机天线附近的磁场在不同状态下的实际情况。以空间磁场为0（作为较准磁场），分别测量出手机在待机状态、来电未接状态、拨打对方未接状态及通话状态等情况下手机天线附近的磁场强弱变化情况。从测量的结果可以很好地了解手机天线附近的磁场在由待机状态到通话状态的变化过程。这个过程如果利用传统的测量手段是很难观测到的，因为变化时间非常短。而利用PASCO数据采集系统，使得整个测量过程简便直观，省时而效果良好。

高校物理化学实验数据处理新思路 篇3

本文以纯液体饱和蒸汽压测定实验为例, 介绍CurveExpert软件在物理化学实验数据处理中的应用。

一、Curve Expert简介

Curve Expert是一款共享软件。体积小功能强, 包括30个线性或非线性拟合模型, 同时可以自定义模型。对原始数据的处理也非常简单, 内置了大量的常用函数, 数据变换过程只需要输入相应的参数即可, 而不需要输入相对复杂的公式。同时, 又需要操作者对原始数据的处理流程有明确的认识, 有利于对实验原理的理解掌握。在一些科研领域已有相关的应用报道。

二、实验原理

纯液体的饱和蒸汽压与温度的关系可用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示:

式中:P为液体在温度T时的饱和蒸气压;T为绝对温度;⊿H气为液体摩尔气化热 (J·mol-1) ;R为气体常数。在温度较小的变化范围内, ⊿H气可视为常数, 积分 (1) 式可得:

由 (2) 式可知, 若将ln P对1/T作图应得一直线, 直线斜率m=-RΔH气

由此得到:

由图解法先求得斜率m, 然后再由 (3) 式算出摩尔气化热⊿H气。

三、原始数据的处理

启动Curve Expert软件, 分别在X、Y两列中输入实验原始数据:实验温度和压差计值。根据实验原理的要求, 需要对这两列数据进行变换处理。即X列要加上273.15, 将摄氏温度转变成绝对温度;Y列用实验室的大气压进行差减, 以得到实验温度下体系内液体的饱和蒸汽压。在软件的Data菜单中选择Manipulation, 打开Data Manipulation对话框。此对话框可以对数据表中的数据进行加减、乘除、筛选以及排序。点击translate标签, 在这里可以对X、Y列中现有的数据进行加减操作;在X Translation Factor输入框中填入273.15, 在Y Translation Factor输入框中填入-754, 然后点击Apply。可以看到数据表中X、Y列数据的变化。点击Scale标签, 这个标签中可以对X、Y列中现有的数据按一定的比例进行乘除操作。在Y Scale Factor输入框中填入-1, 点击Apply, 将Y列数据变为正值。然后点击Close按钮退出。

实验绝对温度的倒数值和饱和蒸汽压自然对数值的计算。在Data菜单中选择Transform, 打开Transformation对话框, 将数据表中的数据进行函数操作。首先对X列进行处理:在Function框中选择X^a函数, 在a=框中输入-1, Operate On选项中选定X Column, 然后点击OK。同样的方法处理Y列的数值, 在Function框中选择ln (x) 函数, 在a=框中数值保持默认 (这里用不到a值) , Operate On选项中选定Y Column, 点击OK完成操作。通过上述操作将原始实验数据变换处理完毕。此时, 在窗口右下部的图形预览框中, 可以看到处理后的数据点所绘制的图形。

四、数据点的线性拟合及实验结果的获取

通过数据点的拟合, 获取线性 (非线性) 方程中的相应系数, 是数据处理过程中的重要步骤。饱和蒸汽压测定数据处理, 要获取的是所拟合直线方程的斜率, 用于计算摩尔汽化热。在软件菜单中点击Apply Fit, 其中包含了大部分常见的线性和非线性拟合的模型。选择linear, 弹出数据图形窗口。右上角显示标准偏差S=0.00972453和线性系数r=0.9996665。点击左上角的Info按钮, 可以看到线性拟合的方程以及方程中的相关系数值。根据线性拟合的结果可知, 直线的斜率:m=-4024.21569, 由 (3) 式可以计算出该纯液体的摩尔汽化热:⊿H气=33.457KJ·mol-1。鼠标右键点击数据图形, 调出快捷菜单, 选择Analyze菜单, 出现Analyze窗口, 在这里软件可以利用拟合出来的公式进行X→Y或Y→X的推算, 以获得实验所用纯液体的正常沸点。另外还可以进行积分、微分以及弧度的求算。为了考察Curve Expert1.4软件对实验数据处理结果的准确性, 用经典的数据处理软件Origin7.0以及Microsoft Excel2003对同一组数据进行了处理。结果表明, Curve Expert处理的结果与另外两个商业软件的处理结果一致。

五、结论

Curve Expert作为一款共享软件, 体积虽小, 但功能强大, 操作简单, 在注册前并没有功能的限制。通过纯液体饱和蒸汽压测定实验数据的处理, 得到了理想的结果。并且所得结果与另外两个商业软件的处理结果一致, 完全可以胜任物理化学实验数据的处理。

摘要：介绍了软件CurveExpert的主要功能和使用方法。运用该软件处理物理化学实验数据, 解决了数据多、处理麻烦、手工作图误差大的问题, 且结果完全符合实验要求。

关键词：CurveExpert,物理化学实验,数据处理

参考文献

[1]谢玉忠, 周子彦.物理化学实验的计算机模拟设计与实现[J].延边大学学报 (自然科学版) , 2001, (27) .

物理实验数据 篇4

数据库原理

实验报告

实验名称：

实验 三

数据库中的数据查询及视图操作(1)班 班

级：

姓 姓

名：

学 学

号：

实验地点：

日 日

期：

一、实验目的：

1．继续熟练 SQL SERVER 2005/2008 系统或 KingBase ES V7.0 的使用； 2．掌握 SELECT 语句的使用。

3.掌握单表查询，多表查询以及嵌套查询。

二、实验内容、要求和环境：

【 实验要求】

注：将完成的实验报告重命名为：班级+学号+姓名+（实验三），（如：041540538张三（实验三）），提交到SPOC学堂。

1.实验课要携带教材、学习辅导、老师下发的实验报告文档等。

2.课前要对实验内容和步骤部分进行预习。

【实验环境】

1.SQL SERVER 2005/2008； 2.KingBase ES V7.0，人大金仓。

【实验内容和步骤】

针对实验一建立的数据库的表，用 select 语句完成如下查询操作，写出 select 语句，并给出操作结果。

1.针对 SPJ 数据库中的四个表，实现如下查询：

(1)求供应工程 J1 零件的供应商号码 SNO；(2)求供应工程 J1 零件 P1 的供应商号码 SNO；(3)求供应工程 J1 零件的供应商名 SNAME;(4)求供应工程 J1 零件 P1 的供应商名 SNAME；(5)求供应工程 J1 零件为红色的供应商号码 SNO；(6)求没有使用天津供应商生产的红色零件的工程号 JNO；(7)求至少用了供应商 S1 所供应的全部零件的工程号 JNO；(8)找出使用上海产的零件的工程名称； 2.针对学生-课程数据库中的三个表，用嵌套方法查询实现如下查询：

（1）查询选修了数据库的学生姓名。

（2）查询比计算机系 CS 所有学生年龄都大的学生信息。

（3）列出“李勇”选修的所有课程的课名和成绩。

（4）查询数据库的先行课的课程名。

3．针对实验一建立的 SPXS 数据库中的三个表，实现如下查询：

精选文档

(1)查询与商品“电视”颜色相同的商品名；(2)查询不销售商品 P2 的商店名；(3)查询至少销售商品 P1、P2 两种商品的商店名；(4)所有商店都销售的商品号。

(5)只销售一种商品P4的商店名。

三、实验结果与分析：

写出操作语句，粘贴查询结果(粘贴结果要求粘贴 SQL Server Managemet Studio 整个窗口)：

1.(1)

(2)

精选文档

(3)

精选文档

(4)

精选文档

(5)

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(6)

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(7)

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(8)

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2.(1)

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3.(1)

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(2)

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(3)

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(4)

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(5)

精选文档

四、思考题：

1.在操作中遇到什么问题？如何解决的？

第三题第二问不知道如何将在全部的 sno 中剔除当 pno=’p2’是的 sno.语句不知道怎样写出。

五、教师评语：

实验成绩：

：

教师：

（签名））

****年**月**日 日

创新活动

物理实验数据 篇5

一、试题分析

1. 试题再现

某同学利用图1（a）所示电路测量量程为2.5 V的电压表V的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：电阻箱R（最大阻值99 999.9 Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50 Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5 000Ω），直流电源E（电动势3 V），开关1个，导线若干。

图1

实验步骤如下：

①按电路原理图1（a）连接线路；

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图1（a）中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值。

回答下列问题：

（1）实验中应选择滑动变阻器 （填“R1”或“R2”）。

（2）根据图1（a）所示电路将图1（b）中实物图连线。

（3）实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω（结果保留到个位）。

（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________（填正确答案标号）。

A. 100 μA B. 250 μA C. 500 μA D. 1 mA

2. 试题特点

本题不是教材的实验，也不是考纲中明确要求的实验.该试题给出了实验电路图和实验步骤。要求考生从电路图和实验步骤出发，结合实验目的进行有效分析，从而找出实验原理、操作原理，进而发现实验设计原理，解决实际问题。从知识上看，本题在符合学生的认知水平和思维能力的基础上考查了学生实验品质的深刻性、灵活性。

实验设计中恰当地融入了典型物理科学方法的要素.实验整体构思具有一定的创新性，将探究过程和探究方法隐含在试题的分析和解答过程中，学生在遇到认知冲突时，运用“发现问题—提出假设—分析论证—得出结论”的思维探究过程解决问题，充分体现了实验在发展学生的实验探究能力和提高学生科学素养方面的重要价值。

3. 在实验过程中融入科学的方法

在实验设计与实施的过程中，融入了控制变量和误差分析的思想.此题从表面上看是串联分压的知识，没有误差分析，但是在实际实施过程中，对误差的认知程度对实验原理的理解起到了至关重要的作用。可见，任何一个实验的设计都离不开科学思想和方法，更离不开对误差的认知。这样的试题有利于检验学生是否真正理解了实验的要素和真谛；有利于检验学生是否真正掌握了科学探究的原则和方法；有利于检验学生是否真正具备了良好的科学品质和辩证的科学思维能力。

二、学生面临的困惑与暴露的问题

1. 原理分析上的困惑

试题采用的是半偏法，由于不是大纲明确要求的方法，很多考生没能很好地论证出隐藏的误差分析.题设步骤④中认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，很多考生不能很好地理解出：在滑动变阻器采用分压接法供电，并且其阻值比用电部分阻值小很多时，即使用电部分阻值发生一定的变化，供电电压却几乎不变。

2. 实物连线暴露的问题

实物连线是对实际操作的间接考查.考生暴露出的问题主要体现在两个方面：一是将分压供电连成了限流方式；二是没有将导线接在实物的接线柱上。

三、对中学电学实验教学的启示

细心的教师都会发现，这两年的高考物理实验试题不拘泥于教材和考纲，而是更加注重挖掘实验内隐的知识和方法。但从学生所面临的困惑与暴露的问题上看，我们平时的实验教学是存在着一定问题和不足的。如：按部就班地完成教材实验，不去体会知识和实验中所蕴含的思想和方法；不做完善的误差分析；不给学生自主的思维空间；不让学生进行实际操作等。这些做法既降低了学生学习实验的积极性，又难以提升学生的实验能力和探究能力，更不利于学生科学素养的全面发展。从这两年的实验试题来看，实验试题的考查点正是实验教学中应重视的点，因此物理教师在进行实验教学时，除做好常规实验之外，还应合理挖掘教材实验所包涵的方法和思维方式，帮助学生逐渐形成科学、合理的实验理念，逐步渗透物理实验思维。以下是几点建议：

1. 紧抓教材，深挖原理和思维方法

教材中明确要求的实验有：描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量金属丝的电阻率、测电源的电动势和内阻等。我们要利用这些实验让学生深刻理解实验原理、误差分析、优劣对比，让学生懂得合理取舍、明白实验的简洁性与合理性，让学生的思维灵活起来。

比如在电学实验中，确定电流表的内接外接，很多教师会直接给出结论：当R2

很多设计性电学实验都需要选择实验器材，这是学生的薄弱环节。而实验器材的选择就是要依据实验原理，抓住主要因素，忽略次要因素，对结果做出大概推断或估计的辩证过程。如果我们在教学中能够重视这些能力的培养，就会事半功倍，问题也就迎刃而解了。

教材中的实验内容蕴含相关的方法，也含有完成实验必须的条件以及影响实验结果的相关因素，教师应深层次开发这些，让学生明白一些条件和方法的必要性，让学生了解如何选择条件和方法，让学生体验方法和条件对完成实验的重要性。如此，学生才会在遇到问题的时候自然地关注条件和方法，并且会根据实验目的来确定适当的条件和方法，从而提高实验能力。以上所述内容，教材中给了足够的空间，因此我们必须紧抓教材，培养学生的基本实验素养。

2. 不囿于教材，让学生动起脑来

高考大纲中对实验能力的要求是：①能独立完成表中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据并得出结论，会对结论进行分析和评价；②能发现问题、提出问题并制订解决方案；③能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。

这几个方面的能力要求不是孤立的，着重对某一种能力进行考查的同时在不同程度上也考查了与之相关的其他能力。同时，在应用某种能力处理或解决具体问题的过程中也伴随着发现问题、提出问题的过程。因而高考对考生发现问题、提出问题等探究能力的考查渗透在对以上各种能力的考查中。

高中电学实验的核心可大致分为测量未知电阻的阻值，测量电流表、电压表的内阻等，为了提升学生的实验素养，我们可以发散的问题形式，放飞学生的思维。如提出设问：你有多少种测量未知电阻的阻值的方法，在什么条件下才能使用？让学生明白，同样的实验目的可以通过不同的实验原理来实现，实验原理不同，实验方案也就不同。教师在教学中不能只局限于课本上的实验原理，而应带领学生开阔思路、发散思维。只有教师在日常教学中坚持从实验原理入手，带领学生进行实事求是的分析，学生才能在遇到问题时处变不惊，应对自如，在提高实验能力的同时养成善于思考的好习惯。

3. 切忌纸上谈兵，让学生动起手来

由于受实际条件的制约，高考不能直接考查实验操作，导致教师在教学中产生懒惰心理，很多实验都靠讲授，多数实验都是纸上谈兵，进而导致学生只会死记硬背，脱离了物理学习的正常轨道。这不仅抑制了学生的动手能力，还增加了学生理解实验的困难。

如滑动变阻器的分压和限流两种接法：若滑动变阻器的总阻值小于用电部分的阻值，则通常选用分压接法.从理论上分析学生接受起来较为困难，但通过实验观察就十分直观。所有的实验方案可行与否，都可以以实验现象为依据，直观易懂、印象深刻。教师要提高的不仅仅是学生的成绩，更是学生的能力。

物理实验数据 篇6

1 MATLBA数据拟合

在MATLAB中, 实验数据可以采用多项式拟合, 进行多项式拟合主要使用函数polyfit。它的基本语法为:p=polyfit (x, y, n) [5]。其中, x和y为参与曲线拟合的原始数据;n为拟合次数;运算结果为y=pnxn+pn-1xn-1+…+p1x+p0。其中, n的不同会造成结果的差异, 例如:实验数据为x=[1, 2, 3, 4, 5], y=[5.5, 43.1, 128, 290.7, 498.4], 选择不同的拟合次数的结果如图1所示, 从图中可以看出一个符合的较好, 一个较差, 这样就需要学生在拟合之前有较丰富的数值处理经验以便选取合适的拟合次数, 但这恰恰是其所欠缺的。

2 系统的开发与设计

2.1 设计思路

在输入实验数据之后, 通过设置循环过程自动地进行拟合, 拟合次数从MATLAB所允许的最小次数开始到最大次数终止, 将每一次的拟合数据与原始数据比较, 选取最接近原始数据的拟合, 并最终给出函数关系。

2.2 系统的开发

通过MATLAB的图形用户界面 (GUI) 的设计与开发功能设计和开发出该系统, 系统最终的文件有两种格式:M-file格式和figure file格式。系统界面如图2所示。

3 数据处理实例

以非良导体热导率的测量为例, 文献[6]分别用作图法、逐差法以及最小二乘法三种方法对非良导体导热系数实验所测量的数据进行了处理。其温度和时间的对应数据见表1。

采用文献中的数据, 使用本系统进行数据处理。点击系统界面上的“输入数据拟合”, 在弹出的对话框中将时间t和温度T的数据输入到拟合系统中, 拟合结果如图3所示。

从图中可以看出, 拟合曲线与原始曲线符合的很好。从拟合方程处可以得到本次拟合的曲线方程为:y=1.6295×10-8x10-1.2312×10-6x9+3.9617×10-5x8-0.00070766x7+0.0076647x6-0.051589x5+0.21199x4-0.49621x3+0.56621x2-1.2307x+54.3992

根据曲线方程可以方便的求取各处的斜率, 从而获得最终结果。

而文献中采用最小二乘法 (一元线性回归) 进行处理, 根据表1中的数据, 利用MATLAB作图功能获得的图像如图4所示:

所得线性关系为y=53.9294-0.8656x, 相关系数为r=-0.9977。从图像可以看出所得直线与原始数据符合不太好, 可见, 在此处用最小二乘法 (一元线性回归) 并不是最佳方案。

考虑到逐差法主要应用于线性关系, 应用范围窄, 最小二乘法计算复杂工作量大, 而该系统操作简单、图像直观, 又有较高的精度, 所以此系统可以作为一种处理大学物理实验数据的工具。

4 结束语

通过对比, 基于MATLAB的大学物理实验数据拟合系统能够较好的完成大学物理实验的数据拟合工作, 并且找出函数关系, 从而减轻实验者的计算任务并提高实验结果的精确度。该系统具有操作简单、图像直观等特点, 并且能输出具有较高的精度的函数关系。当然使用这种工具只能减小误差, 并不能避免误差。该系统不能完全取代人工计算, 在实验过程中仍然要以人工为主, 两者相辅相成。

摘要：利用MATLAB处理实验数据已广泛应用于大学物理实验教学中, 与手工计算相比能够减少人为误差、节省时间、提高教学效果。本文基于MATLAB的图形用户界面系统开发了大学物理实验数据拟合系统。该系统可用于大学物理实验数据处理的辅助教学。实际数据处理结果表明, 该系统能够较好的完成实验数据处理任务。

关键词：数据处理,MATLAB,数据拟合

参考文献

[1]郑锐, 李翔.大学物理实验教学示范中心建设探索[J].物理通报, 2013 (1) :27-30.

[2]潘小青.逐差法及其应用探讨[J].大学物理实验, 2010, 23 (2) :86-87.

[3]张继县.探讨实验数据处理的认知结构, 深化物理实验教学改革[J].物理实验, 2003, 22 (4) :26-36.

[4]万慧军, 罗小兵, 杨建平.基于MATLAB提升大学物理实验数据处理能力[J].长春师范学院学报:自然科学版, 2010, 29 (3) :59-61.

[5]刘金远, 段萍, 鄂鹏.计算物理学[M].北京:科学出版社, 2012:57-63.

物理实验数据 篇7

以“霍尔效应”实验为例，介绍Origin软件在物理实验数据处理中的应用。

1 测定霍尔电压UH与励磁电流IM的关系，绘制UH-IM曲线

按照F B510型霍尔效应实验仪接线图把各相应连线接好，闭合电源开关，调节霍尔工作电流IS=1.70mA，预热5分钟后，调节霍尔传感器位置，使传感器印板上0刻度对准电磁铁上中间基准线。调节励磁电流为0,100,200,300,400……1000mA，测出相应的霍尔电压UH，根据负效应产生的机理，采用电流和磁场换向的对称测量法，即对每一励磁电流值分别改变IM和IS的方向，取4次测量绝对值的平均值作为测量数据记录下来。

将实验数据记录在Excel表格中，通过Origin的File菜单将实验数据导入Origin工作表。例如IM的值作为X轴输入，UH的值作为Y轴输入，然后选中两列数据，使用“Symbol”功能即可绘制UH-IM曲线(如图1所示)。从UH-IM图像可以看出两组数据呈线性关系，在菜单“Analysis”下拉菜单中选择“Fitting”中的“Fit linear”功能，对数据曲线进行线性拟合，拟合得到的直线斜率和截距等信息由Origin可直接给出，通过该拟合直线的斜率我们可以求出霍尔元件的灵敏度KH。

2 测定霍尔电压UH与霍尔工作电流IS的关系，绘制UH-IS曲线

把霍尔传感器位置调节到磁铁空气隙中心，保持IM绝对值不变（取IM=600mA），改变IS的值，用Excel表格记录实验数据，输入到Origin工作表并绘图，即可得UH-IS曲线。我们同样可由Origin的线性拟合功能对图线进行拟合，得到UH-IS的拟合直线(如图2所示)，由Origin读出其斜率和截距等信息，用于进一步的数据处理。

3 测定霍尔电压UH与霍尔传感器位置X的关系，绘制UH-X曲线

调节励磁电流IM=300mA,IS=5.0mA，测量霍尔电压UH与水平位置X的关系，作电磁铁气隙磁场沿水平方向分布的UH-X曲线(如图3所示)。

从UH-X图像中可以看到随着X绝对值的增大,霍尔电压UH逐渐减小,这说明位于螺线管中轴内部的磁感应强度随螺线管向两端逐渐减小。利用Origin“屏幕读取”功能,可以得到曲线上每一个点的坐标,我们可以通过图1和图3来比较螺线管中央和端口中心处磁感应强度的测量值和理论值,更加方便地分析误差。

参考文献

[1]张博,毛巍威.Origin在大学物理实验数据处理中的应用[J].科技信息,2010,13:15

[2]张磊,徐飞,陈玉林.Origin7.5在夫兰克-赫兹实验数据处理中的应用[J].实验室研究与探索,2009,4:20～21

物理实验数据 篇8

计算机在科学研究领域中应用的迅速发展使传统的教学实验与实际科研工作之间的差距越来越大。我们应该将计算机这个现代化的手段运用到物理实验教学中来, 逐步改善传统的教学方法, 缩小差距, 适应创新型、应用型人才培养的需要。大部分学校在物理实验数据处理方面对学生要求比较严格, 数据处理问题也是学生认为比较头疼的问题。对于数据较多、计算量较大的实验, 我们要求学生编程计算或利用现有的软件进行处理。从而锻炼学生的科学计算能力, 为他们将来的工作和学习打好基础。下面介绍一个教学实例。

模拟法测绘静电场实验中, 测绘同轴柱形电极间电势分布时要求学生找到1v、2v、3v、4v等势线上各八个等势点的坐标, 从而计算出各等势圆的平均半径, 如果使用计算机处理数据将会大大提高效率, 同时也给学生一个应用编程工具解决实际问题的锻炼机会。FORTRAN语言是世界上第一个被正式推广使用的高级语言。它是数值计算领域所使用的主要语言。它是为科学、工程问题或企事业管理中的那些能够用数学公式表达的问题而设计的, 其数值计算的功能较强。以FORTRAN语言编程为例解决这个数据处理问题。

程序代码如下:

只要在x_y.txt文件中输入电压与坐标, 运行程序就可以得到outcome_00.txt文件, 每个坐标对应的半径r (i) 、等势圆半径平均值r_av、半径的标准平均偏差S_r、相对偏差Er_r、ln (R0/r) 、电势的理论值v_r、电势百分误差E0_v等相关量都可算出, 大大提高了数据处理效率。程序中利用到了基本公式计算、数组、循环、读写等基本功能, 很多不熟悉计算机语言的同学对程序编写也表现出很大兴趣。

计算机在物理实验中的应用是教学改革的一个重要方面, 我们在物理实验教学中逐步增加用计算机处理数据的项目, 有的需要编程, 有的则是利用现成的计算软件。在实验报告的评判中, 对采用计算机处理实验数据的学生我们会酌情加分给予鼓励。经过近两年的教学实践, 效果非常显著:计算机学得比较好的学生在物理实验课上得到同学们的认可与欣赏, 这让他们也越来越喜欢物理实验;同学们在数据处理中计算机利用率明显提高, 科学计算能力大大提高;对科学研究有了一定认识和兴趣。使用计算机处理数据减轻了学生很多工作量, 同时提高了他们的综合素质, 为将来的工作和学习带来很大帮助。

摘要：计算机在科研领域中应用的迅速发展使传统的教学实验与科学研究工作之间的差距日益增大。因此应该逐步在物理实验数据处理过程中增加计算机的应用, 缩小教学实验与实际科研之间的差距, 从而适应培养创新型、应用型人才的需要。

物理实验数据 篇9

物理实验是高等学校学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程, 其宗旨就是通过实验使学生受到标准的、系统的实验技能培训, 培养学生严谨的科学思维和创新设计能力、理论联系实际能力以及分析和解决实际问题的能力, 为激发学生科技创潜能打下坚实的基础[1]。物理实验中数据处理是实验的重要环节, 采用数据处理软件如Excel和Origin处理实验数据, 具有操作简便、快捷、直观, 准确程度高等优点。目前国外一些大学的学生已大量使用各种数据分析软件处理物理实验数据。而国内这种做法还未普及, 笔者在多年的教学中发现, 目前大多学生仍采用传统的数据处理方法处理实验数据, 如用计算器或手工计算、手工绘图等。这些传统的数据处理方式效率低下, 处理结果错误百出。本文以物理实验数据处理中常见的线性系数和标准差计算为例, 详细说明Excel的数据处理功能。以绘制铁磁材料的磁化曲线为例, 说明Origin的绘图应用。

1 线性相关系数的数据计算

1.1 利用Excel表格录入实验数据

原始数据的输入非常方便, 只要用鼠标点击相应的单元格, 就可以直接输入数据。如果有多位小数, 先用鼠标选定要输入数字的单元格, 再单击鼠标右键, 选择“数字”页面, 点击数值选项, 在“小数位数”选择框中输入你要设定的位数[2]。已知两变量满足线性关系, 且测得的五组数据如表1所示。

1.2 辅助变量的计算

根据最小二乘法公式, 需要计算一些辅助变量如平方、乘积和平均值等, 需建立表2。

①求xi2和yi2的平方。先在D2单元格里面输入平方函数“=power (B2, 2) ”按回车键确定, power为计算乘幂的函数。然后选定D2单元格按住鼠标左键向下拉, 即可求出余下xi2。依次类推, 求出yi2。

②求xiyi。在F2元格里面输入乘法函数“= (B2*C2) ”按回车键确定。然后选定F2单元格按住鼠标左键向下拉, 即可求出两变量的乘积。

③求各变量的和。先在B7单元格里面输入求和函数“=sum (B2:B6) ”按回车键确定, 求出变量的和, 然后选定B7单元格, 按住鼠标左键向右拉, 求出右边各项的和。

④求各变量的平均值。在B8单元格里输入平均值函数“=average (B2:B6) ”或者输入“= (B7/5) ”求出x的平均值, 再选定B8单元格按住鼠标左键向右拉, 求出右边各项的平均值。

1.3 线性相关系数R的计算

根据回归系数计算公式, 在表2的基础上添加公式中涉及到的变量计算, 如表3所示。然后在A10单元格里面输入函数“=F8- (B8*C8) ”按回车键确定。在B10单元格里面输入函数“=D8- (B8*B8) ”回车确定。在C10单元格里面输入函数“=ED8- (C8*C8) ”回车确定。最后在单元格D10输入“=A10/ (SQRT (B10*C10) ) ”回车确定, 得到相关系数R的大小, 其中函数sqrt用于平方根的运算。

同样, 求线性拟合直线的斜率a时, 在单元格E10里面输入函数“=A10/B10”确定。求截距b在单元格F10里面输入函数“=C8-E10*B8”确定即可, 最后得到回归方程为y=0.326x+34.6。

线性系数的计算是实验中较难的数据处理之一, 如果用手工或计算器计算, 可能要花3-4个小时的时间, 而且很容易出错。用Excel处理, 则最多花半小时时间, 而且准确程度高, 即使算错了, 也容易发现和改正错误, 这样大大地节约了学生的时间, 提高了他们的学习效率。

2 标准差的数据处理

对某物体宽度进行10次等精度测量, 测量数据如表4。求测量值的随机误差 (标准差) 。

根据标准差计算公式, 需要计算辅助量偏差和偏差的平方值, 建立如表5所示的表格。

最后根据标准差的计算公式, 在单元格里输入函数“=sqrt (sum (B4:G4) /5) ) ”回车确定即可快速求出测量列的标准差的大小为1.18cm。

3 应用Origin软件画图

与Excel相比, Origin具有强大的数据分析和绘图功能, 能满足线性拟合直线、多图线分析比较等方面的需要。而且该软件操作简单, 并能打开Excel表格并对其中的数据进行分析[3]。下面通过绘制电磁铁的磁化曲线简要介绍Origin画图。

3.1 安装Origin软件

打开Origin, 在表格中输入实验数据。同时还可以在黄色区域栏注明坐标值名称和单位。如图1所示。

3.2 用Origin绘制电磁铁的B-I图线

在Origin窗口下方有多图线类型, 如:然后根据作图需要选择绘图类型。如果点击窗口按钮, 选择点-线图线类型, 则得到如图2所示的点线型B-I图线。

在窗口中点击坐标轴, 能对坐标轴的标度, 坐标轴起始范围等参数进行修改。在Origin的菜单里还提供了强大的图形分析功能, 对于普通物理实验来说, 只要掌握画图和对图线简单的线性拟合等即可满足要求。

3.3 在Origin中打开Excel表格

Origin的另外一个好处是能对Excel表格中的数据进行绘图和数据分析。步骤如下:打开Origin软件, 点击“文件”→“打开Excel”, 此时屏幕弹出文件打开对话框, 如图3所示。

点击相应的表格, 这样就能对Excel中的数据进行数据处理和绘图。

4 结束语

应用Excel和Origin软件处理物理实验数据, 简便易学, 不仅大大提升了学生的学习效率, 提高了学生的学习兴趣和数据处理能力, 而且对于学生知识结构的优化、创新能力和素质的培养、教学内容的现代化等方面都有十分重要的意义[4]。

参考文献

[1]周政, 陈明东, 张荣锋.大学物理实验[M].广州:华南理工大学出版社, 2009.

[2]陈玉林, 丁留贯, 张磊.基于Excel的物理实验数据处理[J].大学物理实验, 2007, 20 (2) :74-76.

[3]刘芬, 王爱芳, 孙大鹏等.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, 8 (1) :19-21.

重视物理实验 改进物理教学 篇10

关键词：重视；物理实验；改进；物理教学

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）23-115-01

一、演示实验要创新

比如，在学习光的色散知识时，可以用玻璃杯、水来做实验；在研究压强时，可以用笔或者小刀等日常用品做实验；在研究电路知识的时候，可以用家用的开关、手电筒、小灯泡等材料做演示实验；在学习浮力知识的时候，可以利用可乐瓶、乒乓球、玻璃球等材料来做实验。将生活中的物品，搬到讲台上，首先给学生耳目一新的感觉，从而让学生感知物理源于生活，又服务于生活，大大促进了教学效率的提高。当然，利用生活用品做演示实验，同样可以用多媒体展台进行放大，假如在布置预习的时候，让学生带上下节课实验时需要用到的生活用品，那么，在具体上课的时候，可以让学生跟着老师一起做实验了，它能有效的解决学校实验室里器材不能满足人人一套的问题，而且能最大限度的调动学生的学习积极性，能更好的培养学生的探究能力。

二、在探究中创新

学生的创新能力落实在实验中，因此，新课改重视探究式教学的开展。但实际情况是初中生的探究能力远远低于老师的预期，因此，不少老师不能真正的开展探究式教学，所以容易走形式主义。有人听课的时候，开展探究式教学，没有人听课的时候继续采用灌输式教学，即使某些老师利用探究式教学，也是空有其形，本质还是灌输式教学。比如，当一个问题揭示出来后，老师总是代替学生进行实验的设计，然后再反复的提示实验中的步骤，学生按照老师的提升“终于探究”出来了！这样的教学模式是无法真正培养学生的创新能力的。

在新课程教学中，我们不仅要重视探究式教学的开展，还应该赋予它新的内涵，要实现创新的探究式教学，使学生的创新能力得到更好的培养。比如，在学习电路知识的时候，可以直接向学生分发电池组、开关、导线、小灯泡等等的器材，然后向学生提出这样的问题：请你用课桌上的器材，使小灯泡亮起来，又有多少种办法让小灯泡不亮？让小灯泡亮起来是比较容易的事，也没有多少种不一样的办法，但让亮着的小灯泡熄灭，却引起了学生的兴趣，他们想出了很多办法，投入实验的积极性是空前的。有的学生断开了开关；有的学生拔出了电池；有的学生拆除了导线；有的学生弄松了灯泡等等，此时，老师可以再抛出一个小小的要求：不做上面任何一件“破坏性”的事，能不能再增加一根导线，使电灯熄灭？学生是没有什么电学知识的，但对于这样感兴趣的问题是有积极性研究的，它们在摸索着如何增加一根导线使小灯泡不亮的办法。不少学生终于找到一个办法———电学上称为的短路。由上可见，探究式教学的本身不是一成不变的，老师可以根据学生的学习情况实施必要的创新，让学生更好的体验研究物理问题的过程，像一个小小的科学家那样潜心的研究科学，在探索中不断的前进。当然，初中学生毕竟无法探究出惊世之举，只要能将他们的科学作风以及创新的思维能力培养起来就已经很好了。

三、小制作，大作用

物理实验数据 篇11

近年来,得益于计算机模拟技术的飞速发展,虚拟仿真实验的研究日益受到重视,并在医学物理学教学中展现了良好的前景[1,2,3]。另一方面,随着互联网技术的普及,许多学术机构对外开放在线数据库,共享各个学科的经过权威认证的实验数据,极大地方便了科研和教学[4]。顺应教学改革大潮,我们对放射物理实验教学进行了积极的改革尝试,取得了良好的效果。下面以“X射线与物质的相互作用规律”内容为例,介绍如何利用NIST物理学数据库设计和开展模拟实验课。

一、教学实践

物理实验课分为实验准备、实验实施和实验报告撰写三个阶段。与传统实验课不同,本实验不需要在实验室进行,布置在自习课和课后自行完成。教师根据情况调整进度,对出现的问题进行集中讲解。

(一)实验准备

在理论课后教师以布置作业的形式安排学生利用课后时间上网了解NIST官网,掌握相关资源的使用方法。根据学习进度,实验准备可分若干次按步骤进行。这样,教师可及时了解学生的准备情况,合理安排实验任务,对存在的问题进行答疑。

NIST从事物理、生物和工程等学科的基础和应用研究,提供标准、标准参考数据及有关服务,在国际上享有盛誉。其定期更新的可靠、权威的科学数据库,被广泛应用于教学、科研和生产。其中,在物理学的“X-Ray and Gamma-Ray Data”和“Radiation Dosimetry Data”两个数据库内可分别检索物质的线性衰减系数和阻止本领等[5]。为使学生熟练掌握XCOM程序检索数据库,教师可结合具体的例子讲授。例如,计算水对70ke V的X线衰减系数,按如图1所示流程,进入XCOM主页,在“Database Search Form”表格中选择物质类别(水为“Compound”),然后在主界面“Fill the form”相应位置输入水的分子式(H2O)和X线能量(0.07 Me V),程序自动生成总的质量衰减系数和各相互作用(瑞利散射、康普顿散射、光电效应、电子对效应)截面。以此类推,可得到不同物质与不同能量的X射线相互作用的数据。

(二)实验实施

实验实施阶段教学的重点是设置实验内容。为锻炼学生独立思考和解决问题的能力,关键是提出问题,让学生始终围绕问题去采集数据、完成实验,典型的包括:X射线与物质的相互作用过程及其对成像的影响;在医学放射成像应用中,“物质”具体指什么;为达到成像的目的,即分辨体内不同组织,X射线的能级应该选择什么范围;等等。这样,整个实验实施过程就会有很强的目的性,学生在课后可根据情况独立或自由组队协作进行。教师在每节理论课结束时安排时间检查实验进度,对出现的问题做提示和讲解。

实验数据应该采集多少样本,并不需要设置统一的标准,只要能回答预设的问题,达到实验目的即可。表1所示为某一份作业,列出了体内几种组织及主要组成元素与70ke V的X线的相互作用数据。

(三)实验报告撰写

为了锻炼学生的科技论文的写作能力,培养科学的思维方法,我们对实验报告部分的内容做了适当的改变,要求学生单独或组队按照“四段式”科技论文的格式完成一篇小论文。

背景部分主要内容是阐明科学问题和实验目的,而不是把课本上的公式照抄一遍。材料与方法部分除了描述数据采集过程外,更重要的是描述数据分析方法。结果部分主要以图、表形式直观、定量地反映科学规律,回答实验前布置的问题。如图2所示,通过绘制百分比堆积柱形图可直观地显示不同相互作用占比随物质不同而变化的规律,为后续讨论部分的写作做好了铺垫。科技论文的核心是讨论部分,目的是解释现象、分析原因、阐述观点,是论文质量优劣的标尺。对于本科生来说,写好讨论是一件很不容易的事。为引导学生顺利完成,一是在课堂上通过范围讲解写作思路和技巧;二是提出问题,让学生带着问题来组织内容,比如实验结果反映了什么规律及其对临床应用有何指导意义。

此外,我们采取多种形式提升实验教学效果。鼓励学生交流实验报告的写作体会,在课堂上对论文给予点评,对优秀的论文进行单独指导、修改,选择合适的杂志投稿。

二、教学效果

经过几年来不断的摸索和实践,我们充分利用诸如NIST在线数据库的网络资源,逐渐形成了一套行之有效的模拟实验教学方法,达到了预期目的。首先,通过实验加深了学生对深奥理论的理解,从一知半解提高到定量掌握,为放射物理学这一章节的教学奠定了坚实的基础。从图2容易理解,由于钙的光电效应占优势,所以图像上含钙高的骨骼表现为亮区。同样,碘的光电效应占比达93.8%,在相互作用中占绝对优势,因此被用作对比剂。其次,引导学生充分利用网络资源,既锻炼了学生查阅文献、资料的能力,同时有助于了解最新的科研动态和前沿知识,拓宽视野,激发学习热情。为了获得体内组织的数据,学生要查阅之前所学的医学基础课本,综合应用能力得到提高。第三,通过论文写作的训练,学生初步了解了科技论文的基本要求和一般格式,提高了数据分析能力和图表的制作水平,对科研思维和创新能力的养成起到了积极的促进作用。部分学生还积极参与教研室组织的第二课堂活动,在老师的指导下申请学院的奖学金资助课题。此外,自主实验促进了同学之间的相互讨论和交流,有利于增进友谊和培养团结协作精神。

三、结论

利用网络资源(比如NIST在线数据库)进行模拟实验可作为生物医学工程专业本科生的医学物理实验教学的有益补充,不但简便易行,无需额外的实验条件,而且效果良好,在使学生加深对理论知识掌握的基础上,还有助于提高查阅资料能力、锻炼科技论文写作水平。这样的实验方法可扩展应用到医学物理教学的其他环节。

摘要：X(γ)射线与物质的相互作用规律是医学物理学的基本问题之一,涉及到许多复杂抽象的理论,而实验教学由于条件所限往往难以开展,影响教学质量。利用NIST物理学数据库开展模拟实验,学生不但加深了对理论知识的理解和掌握,而且提高了综合应用能力。

关键词：医学物理,实验教学,NIST在线数据库

参考文献

[1]罗红,吴静.虚拟实验在医学物理实验教学改革中的应用[J].医学教育探索,2008,7(10):1044-1045.

[2]李光仲,刘俊英,王云创,等.计算机模拟技术在医学物理学教学中的应用研究[J].中国医学物理学杂志,2009,26(4):1352-1360.

[3]崔红新,陈雪能,张灵帅,等.探讨医学物理虚拟仿真实验教学改革与实践[J].科技创新导报,2014,(28):175-177.

[4]费旭,田晶,徐龙权,等.将网络数据库应用于仪器分析教学的研究[J].教育教学论坛,2012,(32):159-161.