大学物理实验数据处理系统.pdf

大学物理实验数据处理系统 大学物理实验数据处理系统 牛原 肖霖 成正维 牛原 肖霖 成正维 北京交通大学国家物理实验教学中心 北京 100044 北京交通大学国家物理实验教学中心 北京 100044 摘要 摘要 本文用 C 完成了 大学物理实验数据处理系统 软件的开发 该软件从大学物理实验 数据处理的基本要求出发 包含 坏值的剔除 A 类和 B 类不确定度的计算 实验结果的综 合评定 曲线的拟合及显示 该软件有助于学生处理物理实验数据 加深对实验的理解及教 师对实验数据处理结果的评判 关键词 关键词 误差理论 不确定度的表示 物理实验数据处理 一 引言 大学物理实验的任务对物理量进行定量的测量 找出各物理量之间的关系 对实验数据 的分析处理是认识事物本质的关键 而误差分析与不确定度是实验数据分析中最重要的内 容 是理工科学生学习科学方法 培养科学素养的重要环节之一 在物理实验教学实践中 有关误差与不确定度是教学的一个难点 学生在处理实验数据 对测量结果的评价的过程中对 计算误差 合成误差 等的描述欠准确 另外 在对曲线 的拟合以及线性关系数据的处理等方面常出现作图不规范 拟合出错误的曲线关系以及对非 线性的物理量之间的关系处理不当等等 当然 目前数据处理应用中还有许多数据处理软件 如 ORIGIN MATLAB 等等 这些商业软件功能虽然强大 但毕竟不是为大学物理实验量身定 做 在使用上还是存在一定的局限性 因此 从实际应用出发考虑 我们用 C 完成了 大 学物理实验数据处理系统 软件的开发 该软件完成了大学物理实验中对数据处理的基本要 求 坏值的剔除 A 类和 B 类不确定度的计算 实验结果的综合评定 曲线的拟合及显示 该软件有助于学生正确处理物理实验数据 理顺误差理论中的相关概念 加深对实验的理解 同时方便教师对实验数据处理结果的评判 该软件独立运行于常见的 windows 系统平台 软 件中所有的处理结果包括绘图都可以保存并打印 二 大学物理实验数据处理系统介绍 软件采用 C 在 visual studio NET 2003 的环境下编写 最终生成 exe 可执行文件 软 件的运行需要 windows 操作系统的组件 NET Framework 的支持 因此用户需要在计算机上运 行 Microsoft NET Framework 1 1 exe 或更高版本 为操作系统安装 NET Framework 组件 从而为 Web 和 Microsoft Windows 客户端应用软件提供最佳的运行库环境 可执行文件 Data 图 1 软件运行界面 Processing System exe 总共 344K 运行时占 用内存约 16M 软件运行界面如图 1 所示 软件在运行中 每一次计算执行结束后都 会在文本框输出结果 用户可以在 文件 菜 单中根据自己的需要有选择地进行保存 如图 2 所示 所形成的 rtf 文档可以用 office 的 word 字处理软件进行编辑或打印 如图 3 所示 对 于绘制的图形 在软件中可以选择 bmp 或 jpg 两类格式进行保 存 该软件的操作简单 在输入框填入数据后回车即可输入 也 可以通过 添加 按钮或 删除 按钮把数据填入列表框或进行 数据的删除 也可以使用 清空 按钮一次全部删除 对于输入 时漏掉的数据可以在列表框中的右键菜单里点击 插入 来把数 据插入到理想位置 在选项菜单中 用户可以选择需要拟合的函数类型 包括直线类型 曲线改直类型和多 项式类型 如图 5 所示 图 2 文件菜单图 图 5 曲线改直拟合的输入界面 图 3 实验结果保存后可以用 word 编辑打印 图 4 选项菜单 对于不确定度的估计 按照公式 222 3 m AB u xuuS x 2 直接测量量 可以直接用该软件进行处理 结果的有效数字位数在 word 里进行修改 例如 大学物理实验 p18 成正维主编 直接测量量的处理结果如图 6 对于间接测量量的处理 大学物理实验 p20 成正维 主编 在软件中相应输入框中输入以上直径数据 并键入仪 器误差限 0 004 输入高度数据 并键入仪器误差限 0 02 将两次计算结果添加到间接测量量的不确定度计 算中 注意长度单位从 mm 到 cm 的转换 并补充 质量数据 结果如图 7 结果的有效数字位数在 word 里进行修改 图 6 直接测量量的不确定度计算的输入和输出界面 图 7 间接测量量的不确定度计算的输入和输出界面 三 结束语 本文针对大学物理实验中有关误差及不确定度的教学难点进行尝试性的处理 软件的开 发有助于理顺学生学生对数据处理的思路 加深对实验的理解 同时有助于教师对实验结果 的评判 参考文献 参考文献 1 对实验误差与不确定度教学内容的新思考 朱鹤年 物理实验 2003 23 1 21 25 2 基础物理实验教程 物理测量的数据处理与实验设计 朱鹤年 高等教育出版社 2003 年 3 大学物理实验 成正维 高等教育