Origin在弗兰克_赫兹实验数据处理中的应用(苏).doc

Origin在弗兰克赫兹实验数据处理中的应用摘要:介绍Orgin在弗兰克-赫兹实验数据处理中的应用.与传统的数据处理方法相比，Orgin不仅能避免对繁杂的实验数据处理，而且能有效减小实验误差，适合实验教学使用。关键词：Origin；弗兰克-赫兹实验；数据处理。大学物理实验是高校培养学生综合应用能力的重要基础课程 ，实验数据的处理和数据作图是大学物理实验中的一个重要环节。部分实验的数据繁多，处理复杂，手工绘图误差较大，同样的实验数据用不同的处理方法，其结果可能大相径庭。由于大量的数据和繁杂的数学运算，可能会使学生纠缠于数据的计算而忽视了实验本身的物理意义，甚至丧失了对实验的兴趣。引入计算机软件来处理大学物理实验数据有助于实验教学的改进。一方面，使用计算机可以提高实验数据处理的精度，使相同的数据能得到较精确的实验结果；另一方面，避免了复杂费时的数据计算过程，使学生将主要精力放在实验的操作和对实验物理意义的理解上。Origin为Origin公司出品的较流行的专业函数绘图软件。Origin有两大主要功能：数据分析和绘图。数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，再选择相应的菜单命令即可。下面介绍Origin软件在弗兰克-赫兹实验数据处理中的应用。1实验介绍1913年丹麦物理学家玻尔（Bohr）提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论。指出原子处于稳定状态时不辐射能量，当原子从高能态(能量Em)向低能态（能量En）跃迁时才辐射。辐射能量满足E=Em-En对于外界提供的能量，只有满足原子跃迁到高能级的能级差，原子才吸收并跃迁，否则不吸收。1914年德国物理学家弗兰克（Franck）和赫兹(Hertz)用慢电子穿过汞蒸气的实验,测定了汞原子的第一激发电位,直接证明了原子能级的存在,同时也证明了原子发生能级跃迁时吸收和发射的能量是不连续的,弗兰克-赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据。大学物理实验中的夫兰克-赫兹实验内容主要是测量氩原子的第一激发电位，使学生了解电子与原子碰撞时能量交换所表现出的规律性，同时证明原子能级的存在，即原子能量的量子化现象。夫兰克-赫兹实验原理如图1所示，阴极K，板极A，G1、G2分别为第一、第二栅极。K-G1-G2加正向电压，为电子提供能量。UGK的作用是消除空间电荷对阴极电子发射的影响，提高发射效率。G2-A加反向电压，形成拒斥电场。电子从K发出，在K-G2区间获得能量，在G2-A区间损失能量。如果电子进入G2-A区域时动能大于或等于eUGA，就能到达板极形成板极电流I。当加速电压为UGK激发电位的整数倍时，电子的全部能量转移给氩原子，此时测量点在UGK-I曲线的波谷位置，加速电压UGA继续加大，电子有剩余能量可以到达板机A，电流又开始上升，若EuGAnE则电子在进入G2-A区域之前可能n次被氩原子碰撞而损失能量。板极电流I随加速电压UGK变化曲线就形成n个谷值。相邻谷值之间的电压差U称为氩原子的第一激发电位。氩原子第一激发态与基态间的能级差E=eU。实验数据记录如表1所示（实验记录及数据处理中都将UGK写成U）。2Origin数据处理及分析利用表1测得的数据，用Origin作U-I关系曲线，步骤如下：(1)打开Origin软件，在“Data”数据表的A(X)列输入电压的值，在B(Y)列输入电流I的值。(2)按ctrl健选择A(X)和B(Y)列的数据,然后点击“绘图”绘图工具栏的“line(直线)”按钮生成对应数据表的U-I关系曲线，如图2所示。(3）双击纵坐标Y轴跳出对话框，点击“scale”，设置坐标轴的数值范围和间隔，如图3所示。同理设置X轴坐标的显示。(4)点击左侧下拉工具栏的图标“”按钮，将鼠标移到每个波谷位置读取横坐标值，如图2所示，并记录横坐标即电压U的值。71.71V，用逐差法计算得第一激发电位U0=11.35V，参考标准值为U0=11.50V，相对误差为1.3%，实验结果误差较小。3结语本文用Origin绘制了弗兰克-赫兹实验曲线。进行数据处理十分简单、快捷，不仅减小了实验误差，而且避免了手工绘图时繁琐的数据处理，适用于学生对物理实验的数据处理和分析。参考文献1 周剑平.Origin实用教程M. 西安: 西安交通大学出版社,2007: 1-7.2 秦先明,曹文. 大学物理实验M.北京: 石油工业出版社,2006: 212-215.Application of Origin in Data Processingof Franck-Hertz ExperimentAbstract：The paper introduces the application of Origin in data processing of Frank-Hertz experiment. Comparedto the traditional method in data processing, Origin not only shall avoid the complexity of data processing, but alsoshall effectively decrease experime