EXCEL程序在弗兰克_赫兹实验数据处理中的应用

EXCEL程序在弗兰克_赫兹实验数据处理中的应用 ( ) Vol. 29 No.3 29 3 第 卷 第 期青 海 大 学 学 报 自 然 科 学 版 2011 Journal of Qinghai University( NatureS cience) Jun.2011 6 年 月 EXCEL—程序在弗兰克赫兹 实验数据处理中的应用 1 2 1，，宋 民 青马 瑶 琦查 保 媛 ( 1. 810016; 2. 810802)，，青海大学基础部青海 西宁 民和史纳学校青海 民和 :EXCEL — ，摘要文中利用计算机中的 程序对弗兰克 赫兹实验的数据进行了处理及误差分析 ，。 并与原来普遍采用的方法进行了比较提高了计算结果的精度 :EXCEL ; ; 关键词程序数据处理不确定度 :O4 )39 :B:1006 )899 6( 201103) )0069 )03 中图分类号文献标志码文章编号 Excel application in processing Frank-Hertz experimental data 1 2 1SONG Minqing，MA Yaoqi，ZHA Baoyuan ( 1. Department Foufn damenta Courses，Qngha Unversty，nng 810016，Chna; liiiiXiii 2. Shina School of Minhe，Minhe 810802，China) Abstact: The Frank-Hertezx periment data and error werroec pessed and analyzed by using the r EXCEL software. The accuracy ca locuf lation was improved in comparison with the original commonm ethod. Key words: EXCEL software; dataro cpessing; uncertainty ，。随着实验技术的进步计算机与物理实验的结合日益广泛目前大学物理实验特别是一些综合性实 、，，验经常利用计算机进行数据采集记录和处理这一方面提高了实验的效率和实验的准确性减轻了学 ，。+ “生的实验工作负担但另一方面也降低了学生动手能力和实验处理能力的锻炼和培养计算机 物 理，，”“”实验一定程度上使得实验装置成了实验黑箱即实验仅仅是接通电源和从计算机导出结果 这实际 。?上背离了物理实验课教学的培养目标那么这类实验在教学中应如何进行笔者认为除加强实验原理的 ，讲解外增加数据处理的方法的广度与深度不失为加强此类实验学生实验能力的一个重要出发点和落 。— ，脚点本文以典型的弗兰克 赫兹实验为例尝试由拓展数据处理的方法加强对学生实验能力的培养 。为同类实验提供示范和参考 1实验简介 本实验采用的仪器是由南京恒立达光电仪器厂 HLD—FH—IV — 的 型微机控制的弗兰克 赫兹实验 。数据采集系统 — 1 。弗兰克 赫兹管结构如图 所示实验中保持 UUIU，和 不变直接测量板极电流 随加速电压 P G1 p G2 图 1 弗兰克 — 赫兹管结构示意 U，P变化的关系当扫描电源 逐渐增加板极 上的电 G2 Fig, 1 Frank )Hert z tube structursec hematic ，eU流也会逐渐增加当电子加速后获得的能量大于 p G，，电子与汞原子就会发生完全非弹性碰撞如果碰撞发生在栅极 附近损失了能量的电子就不能到达 2 P I，P I。板极 因此 就会下降碰撞后的电子再次加速有足够的能量克服拒斥场到达 电流 又会增加当 p p )03 )24 :2011 收稿日期 :( 1971—) ，，，。作者简介宋民青男河北安国人讲师 1 — 表 弗兰克 赫兹实验数据表 2本装置处理方法Tab.1 Frank )H ertz experiment data 本装置自带微机运算程序只是简单的由算术 / V/ VUU/ n / n 峰数 峰数 G2 G2 ，平均值的方法计算第一激发电位同时计算绝对误 1 13, 85 46, 85 4 。差和相对误差 2 23, 85 5 59, 85 1 。表 是一实验后由微机导出的数据和结果图 3 34, 85 6 76, 85 3 — 。是本次实验得到的弗兰克 赫兹实验曲线图 : U= 12, 31V，: U= 0, 67V，E= 5, 5%第一激发电位绝对误差Δ相对误差 G G r ，。以上结果直接由计算机自动生成学生只需将其导出即完成本次实验的数据处理这对大学生，，，言完全省去了数据处理的环节尽管提高了实验的效率但却忽略了学生数据处理能力培训的实验 。，，的此外从数据处理方法上看本机处理方法也过于简单达不到现行大学物理实验数据处理的一般 。，，，求鉴于此在此类实验教学中我们侧重从数据处理方法拓展着手加强对学生的在此方面能力的 ，。练取到了较好的实验效果 3数据处理拓展方法 ，、、、、数据处理的科学有很多种方法其中最常用最典型的方法有列表法逐差法图示法最小二 ,2, 。，3 ，EXCEL ，法我们针对这几种方法特别是后种方法进行数据拓展训练并借助 程序用目前最常用 ，，最科学但相对计算最为繁琐的最小二乘法对实验数据进行处理不仅提高了计算精度同时开阔了学 ，。的视野丰富了实验数据处理的方法手段 3, 1 逐差法处理 ，。，逐差法的优点是方法简单计算方便可充分利用测量数据具有对数据取平均和减小相对误差 ,3,，，。效果可以最大限度的保证不损失有效数字因而其比本机程序采用的算术平均值要更科学 1 ，，此方法是将表 数据分成两组后一组与前一组对应项逐项相减后求其平均值即 = 46, 85 )1 3, 85 = 33, 00V，3U= 59, 85 )2 3, 85 = 36, 00V3U G12 G11 1 3UG13 = 76, 85 )3 4, 85 = 32, 00V，3U== 33, 67，U= 11, 22VVU G1 G2iG1 ? 3 71 : EXCEL — 3 宋民青等程序在弗兰克 赫兹实验数据处理中的应用第 期 :不确定度为 2( 3U)3 U)Σ G1 G1测 ) ，U= 0, 1% U + 0, 1 = 0, 14，UVU= tS/ 3V( t = 2, 45，S= n = A 3U 槡3U B 3UG G1G1 n )1 槡 1 22U = 1, 0V= U+ U= 3, 0V，U=( U = 3U) 3UG1G1 A B UG1 槡 3 ， ， =V: U 计算结果 11, 3 ?1 , 0 G1 3, 2最小二乘法直线拟合 EXCEL ，。在计算机的 中提供了大量的计算程序它利用 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 形式实现数据的管理和运算物理实验 ，，中往往涉及很多数据处理问题有些实验数据测量是非等精密度测量不适于用不确定度的计算通常采 ，。EXCEL 用一元线性回归处理数据将计算机辅助处理实验数据的方法引入教学和课堂非常必要避免 ，，、，了编程的复杂性直观易学易用并且具有强大的数值计算数据分析等功能成为处理物理实验数据的 。4 。首选工具在大学物理实验的数据处理中主要采用了 种直线拟和方法一是直接求出拟和参量的函 ,4,14 ，NEST ，，。LI数二是用 函数三是运用回归分析的宏程序四是插入图表中显示直线参数在本实验中 ，采用哪一种方法的计算结果都是一样的主要是在本实验中加强和拓展学生运用最小二乘法的直线拟 。和处理实验数据 3, 2, 1插入图表法处理 ,4,193 。最小二乘法是被测量的最佳估计值应是能使各次测量值的偏差平方和取极小的那个值以误 ，，，。，差理论为依据在诸数据处理方法中误差最小精确性最好在实际教学过程中因其计算比较繁杂因 ，。而较少采用此种方法影响了学生用最小二乘法进行数据处理能力的培养 1 ，EXCEL NEST 4。LI由表 数据通过最小二乘法直线拟合调用 程序中的 函数见图 U= nU+ A G 2G1 ,5, :斜率标准差为 )2S b r )1 1 == 0, 067bn )2 1 槡 : S= 0, 8V则不确定度 b1 = ( 11, 2 ?0 , 8) V: U计算结果 G1 3, 2, 2数据回归分析 EXCEL “— — 运用 中的加载工具 数据分析 回 ”，，归来求解其优点是菜单式的操作简便易学含 ，。有 的信息量更大对结果分析更完善但是当输入量 ,5, ，中 改变任一数据后必须重新进行一边回归操作 图 4 电压 — 峰数关系曲线45 。 Fig. 4 Voltage )Pea k numberre lationship Curve :由计算机回归分析计算得出 = 0, 995 66，= 2, 499 72， 10, 815 8= 相关系11, 611数 9，95%标准误 差 系 = 数值 下限 的值 ,5,71 = 95% 。不确定度 系数值减下限 的值 : U= 11, 611 9 )1 0, 815 8 = 0, 796 1= 0, 8V则不确定度 UG1 : U= ( 11, 2 ?0 , 8) V计算结果 G1 结语 4 ，EXCEL ，通过上述分析及计算我们初步了解了 程序在物理实验中的作用并且可以让学生学习到 ，。除仪器本机处理实验数据以外其他的更科学全面的数据处理方法对学生数据处理能力的锻炼和培 ，。EXCEL ，养提高实验的准确性有很大的帮助而且 程序普遍都在使用因此这种方法是在实验数据处理 ，。( 75 )中更科学方便的一种方法也是学生要掌握和了解的下转第 页 、，，、。的成本进度管理易陷入重数量而轻质量的误区对重质量重安全的项目易造成风险 ( 2)，，挣值分析方法的数据来源于项目计划与跟踪所以应该在项目计划中指定收集数据的周期 。，。，个周期被称作报告期报告期的设置视项目的规模而定周期不宜过短或过长报告期设置太短会导 ，，; ，，度量频繁发生增加度量成本得出一些无意义的结果反之报告期设置的太长则会失去的项目的 ，。控作用不能及时了解项目的进展 ( 3) ，，根据挣值图判断项目的进展情况不能仅看某一个报告期的挣值数据而应该以三条曲线的 ，，。，体情况而定一般情况下不必对某一个报告期的偶然的超支或滞后做出反应同样对于性能指数 ，，，SP ,0, 9，1, 1,，I说组织可以接受性能指数在一定范围内波动例如可以认为当 在的区间波动时项 ，。的进度进展是正常的不必采取调整措施 4结语 ，，挣值分析法能有效地帮助项目管理者了解项目的作业情况它综合了成本和进度管理能够帮助 、，; 目管理者及时发现成本进度差异预测项目未来成本的发展变化趋势和最终结果并制定和采取有 ，。。的纠偏措施对 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 项目进行全面的控制在实际工程项目管理工作中应用会越来越广泛 :参考文献 ,1, , ,J,, ，2006( 3) :2 4,吴乐挣值分析法及其在项目成本管理中的应用经营管理 ,2, , ,M,, : ，2009: 186 )18 8,刘国靖现代项目管理教程北京中国人民大学出版社 ,3, , ,M,, : ，2004: 39 )4 1,丁士昭建设工程项目管理北京中国建筑工业出版社 )( 王宝通责任编辑 ( 71 )上接第 页 :参考文献 ,1, ，. 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