基于Origin的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

王建鋒 李昂 王丹

摘 要：Origin軟件數(shù)據(jù)處理與繪圖最常用的軟件，在科研工作中被廣泛使用。隨著大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)代化水平的提高，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法已經(jīng)不能滿足人才培養(yǎng)的需求。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，引入現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理方法勢(shì)在必行。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)值統(tǒng)計(jì)和作圖方面，介紹了Origin軟件的應(yīng)用，為培養(yǎng)學(xué)生科研能力打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；Origin；數(shù)值統(tǒng)計(jì)；作圖

中圖分類號(hào)：04-39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.引言

Origin為OriginLab公司出品的專業(yè)函數(shù)繪圖軟件，是公認(rèn)的簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大、操作靈活的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需求，也可以滿足高級(jí)用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。Origin自從1991年問世以來，在圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件領(lǐng)域，已成為科研人員和工程師常用的高級(jí)數(shù)據(jù)分析和制圖工具。目前其最新的版本是Origin 2015（V9.2），分為普通版（Origin）和專業(yè)版（OriginPro）兩個(gè)版本。

在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理通常都是手算、計(jì)算器計(jì)算，繪圖通常采用坐標(biāo)紙、直尺或曲線尺手繪曲線。這些方法雖然對(duì)學(xué)生的計(jì)算能力、繪圖能力有基礎(chǔ)的訓(xùn)練，但耗時(shí)費(fèi)力，與時(shí)代脫節(jié)。將Origin軟件的使用引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理中，可以極大地縮短數(shù)據(jù)處理和繪圖的時(shí)間，并且讓學(xué)生接觸和熟悉強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與制圖軟件，將使學(xué)生在今后的工作和學(xué)習(xí)中受益。

2.Origin軟件在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的使用

以O(shè)riginPro 8為例，結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)例，研究Origin在數(shù)據(jù)處理與作圖中的應(yīng)用。

2.1數(shù)值統(tǒng)計(jì)

物理實(shí)驗(yàn)中，常常需要求多次測(cè)量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差等。Origin在數(shù)值統(tǒng)計(jì)上可以輕松處理這些內(nèi)容。

例如對(duì)某物理量多次測(cè)量值2.01、2.02、2.03、2.04、2.06、2.07等6個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如圖1，將數(shù)據(jù)輸入Origin數(shù)據(jù)表A列中。

圖1

選擇A列，在“Statistics”菜單中選擇“Descriptive Statistics”中的“Statistics on Columns…”，彈出圖2所示對(duì)話框。

打開“Quantities to Compute”項(xiàng)中的“Moments”項(xiàng)，并勾選其中的“Mean”（平均值）、“Standard Deviation”（標(biāo)準(zhǔn)偏差）、“SE of Mean”（平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差）、“Variance”（方差）、“Sum”（求和）等項(xiàng)目后，按“OK”確認(rèn)，則在彈出的表單中給出相應(yīng)結(jié)果，如圖3。

圖3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2繪圖

物理實(shí)驗(yàn)中，常常將測(cè)量數(shù)據(jù)繪制成曲線或擬合曲線，借助Origin，繪制這些曲線將非常容易。

若以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接連線作圖，無需擬合，則可直接將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入Origin表單的A列（x軸）和B列（y軸），并點(diǎn)選等按鈕即可直接作圖，方便快捷。

下面將結(jié)合伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳細(xì)講述直線擬合作圖。要求根據(jù)下表中伏安法測(cè)電阻得到的數(shù)據(jù)繪制電阻的伏安特性曲線。

伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

將數(shù)據(jù)輸入Origin數(shù)據(jù)表，如圖4所示。

同時(shí)選擇A、B兩列，在“Analysis”菜單中選擇“Fitting”中的“FitLinear…”，彈出LinearFit對(duì)話框，直接按“OK”確認(rèn)即可。

在所生成的表單中，我們可以找到擬合直線的如下常用信息：Intercept（截距）和Slope（斜率）的Value（值）和Standard Error（標(biāo)準(zhǔn)差）、以及R平方值等，如圖5所示。

圖5 Fit Linear信息

雙擊“Fitted Curves Plot”小圖，即可得到擬合直線的大圖，如圖6所示。

通過適當(dāng)修飾，還可以修改其顯示的顏色、方式、坐標(biāo)軸信息等。

圖6 擬合直線

3.結(jié)語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程本身是工科學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的訓(xùn)練。通過實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，目的是讓學(xué)生掌握最基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥罨镜膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。固然Origin的功能非常強(qiáng)大，但對(duì)于剛剛開始接觸數(shù)據(jù)處理軟件的低年級(jí)本科生來說，掌握這個(gè)軟件強(qiáng)大功能中最基本的一小部分，會(huì)使學(xué)生受到啟發(fā)，更有利于學(xué)生進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和探索，幫助學(xué)生以此為起點(diǎn)，掌握熟練應(yīng)用Origin軟件，并使其成為其今后科學(xué)研究的有力工具和助手。

參考文獻(xiàn)：

[1]李斌，李昂，王天會(huì).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社，2012.

[2]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（01）.

[3]秦平力，李端勇，張昱.利用Origin7.0軟件處理超聲波聲速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（09）.

[4]曹國紅.Origin軟件在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].物理教師，2008（05）.

[5]張林.Origin軟件在聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2007（01）.

作者簡(jiǎn)介：王建鋒，學(xué)士，助教，物理及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

李昂，碩士，副教授，物理及能源領(lǐng)域。

王丹，碩士，助理研究員，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理。

基金項(xiàng)目：吉林大學(xué)珠海學(xué)院教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（ZLGC20130601）。

編輯 薛直艷