Origin軟件在近代物理實驗教學中的應用探討

發布時間:2018-03-29
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資源內容概述:本文探討了Origin 8.6軟件在對近代物理實驗“光電效應測普朗克常數”以及“音頻信號的光纖傳輸技術”數據分析中的實際運用。

Origin軟件在近代物理實驗教學中的應用探討主要包含的內容:

對Origin軟件在“光電效應測普朗克常數”以及“音頻信號的光纖傳輸技術”實驗數據處理中的運用進行了分析比較,有助于發揮其在近代物理實驗課程中的促進作用。Origin軟件形象化的圖形及強大的數據擬合功能為近代物理實驗的理論分析與實驗教學提供便利,可以引導學生開展探究性學習,加深對物理規律及內涵的理解, 從而提高教學質量。

Origin為美國Origin Lab公司出品的較流行的專業函數繪圖軟件,是公認的簡單易學、操作靈活、功能強大的軟件。當前流行的圖形可視化和數據分析軟件有Matlab、Mathmatica和Maple等。這些軟件功能強大,可滿足科技工作中的許多需要,但使用這些軟件需要一定的計算機編程知識和矩陣知識,并熟悉其中大量的函數和命令。而使用Origin就像使用Excel和Word那樣簡單,只需點擊鼠標,選擇菜單命令就可以完成大部分工作,獲得滿意的結果。

Origin具有兩大主要功能:數據分析和繪圖。準備好數據后,進行數據分析時,只需選擇所要分析的數據,然后再選擇相應的菜單命令即可。Origin軟件已被廣泛用于大學物理實驗數據的處理與分析中。例如,對實驗數據進行峰值分析、曲線擬合、數據比較等。計算機軟件處理物理實驗數據有助于實驗教學的改進。軟件的運用能提高實驗數據處理的精度,將學生從復雜費時的數據計算及圖表描述中解放出來,從而能將更多的精力放在對實驗操作的研究、實驗現象的探索以及物理內涵的理解上。

在學生已經掌握基本的手工物理實驗數據處理的基礎上,考慮近代物理實驗的課程特色與教學目標,專業實驗數據處理軟件在其中的運用對于教學效果的提升就顯得更為必要。本文實例描述Origin 8.6軟件在近代物理實驗“光電效應測普朗克常數、音頻信號的光纖傳輸技術”中的典型運用。

Origin軟件處理實驗數據

打開Origin軟件, 點擊菜單命令:[File]→[New]→[Project], 新建一個項目,程序會自動新建一個Book1,把νi數據輸入到A (X) 列,把U0i數據輸入到B (Y) 列中。全部選定工作表數據,點擊菜單命令:[Plot]→[Symbol]→[Scatter],創建Graph1,即為光電效應的U0i-νi散點圖。選擇菜單命令:[Analysis]→[Fitting]→[Linear Fit]進行散點的線性擬合,如圖1 (a) 所示。擬合出斜率為k=h/e=3.9718×10J·s/C,再根據電子電量e=1.6 02×10C,這樣可以計算出普朗克常數h=6.3 63×10J·s。

根據普朗克常數的公認值h0=6.626×10J·s,計算出實驗的相對誤差為3.969%。圖1 (b) 按照同樣的方法擬合出自動測量的斜率k=3.967×10J·s/C,計算出普朗克常數h=6.355×10J·s,計算出實驗的相對誤差為4.090%。可以看出手動測量的數據更為精確一些。Origin軟件依照最小二乘法求算擬合直線斜率和截距,可以避免傳統手工計算或作圖法的費時費力,操作簡便卻具有更高的準確度。

Origin軟件在近代物理實驗教學中的應用探討

圖1 (a) 手動和 (b) 自動模式下截止電壓與頻率的擬合圖線

結語

本文探討了Origin 8.6軟件在對近代物理實驗“光電效應測普朗克常數”以及“音頻信號的光纖傳輸技術”數據分析中的實際運用。利用計算機專業軟件進行實驗數據處理、圖形繪制分析等, 與手工作圖相比,具有信息量大、準確等優點,能夠大幅度提高工作效率,提高學生的學習積極性。更重要的是,計算機軟件繪圖及分析有助于具有一定物理基礎的理工類學生深入理解實驗內涵及機理, 能著重培養學生的求知探索精神和科學素養。

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