Minitab软件在大学物理实验数据处理中.doc

Minitab软件在大学物理实验数据处理中的应用 谭穗妍（1981），女，广州，助理实验师。谭穗妍 吕红英（华南农业大学 物理系，广州510642）摘要： 本文介绍了Minitab软件在大学物理实验数据处理中的应用，并以“测量亥姆霍兹线圈的磁场”和“温差电动势的测量”为例，给出了Minitab数据处理的步骤。关键词：Minitab； 数据处理； 大学物理实验中图分类号： The Application of Minitab Software in Data Processing in College Physical ExperimentTAN Suiyan Lv Hong-ying(Physics Department，South China Agricultural University，Guangzhou 510642)Abstract： This paper introduces the application of Minitab software in data processing in college physical experiment. In addition, it gives the steps of data processing of Minitab by taking two experiments: “measuring the spatial distribution of magnetic induction of Helmholtz loop” and “measuring the thermoelectricity” for example. Key words：Minitab; data processing; college physical experiment1计算机软件在大学物理实验中的应用 大学物理实验课程一般包括三个主要环节：实验预习、实验操作和数据处理1。其中数据处理一般都比较繁琐，且机械化，学生面对大量的数据会容易感到烦琐和枯燥；而且数据处理常会涉及到作二维图形，有些实验要求通过图解法求直线斜率，有些实验要求通过作图观察几个参数之间的关系，传统的手工计算和画图往往存在不足之处：一是作图误差大，因为作图带有较大的人为主观因素，误差大小会因人而异；二是手工作图看上去欠缺美观和科学性。针对这些不足，现在涌现出大量的计算机软件，较常用的如Excel、Matlab、Origin、C语言等等。用计算机软件处理数据，实验数据误差小，使用方便快捷，能激发学生对实验的兴趣，实验报告看起来简洁、明了、具有科学性。本文介绍统计分析软件Minitab15在大学物理实验数据处理中的应用，并以“测量亥姆霍兹线圈的磁场”和“温差电动势的测量”两个实验为例子。Minitab15是数据分析软件Minitab的最新版本和首款中文版，它提供用来分析数据的工具和改进流程的有用信息，且具备以下特征：（1）与人们学习和工作方式相适应的逻辑界面。Minitab的基本数据的输入和输出方式与Excel相似，将复杂的统计分析简单化，可容易理解。（2）功能强大，包含完整的数据管理功能、强大的文件导入和导出、数据操作和电子表格式的数据窗口。 （3）配备详尽的文档，例如帮助解释输出结果的“会话”对话框 ，以及 500 多个图文并茂的术语。2 Minitab15在“测量亥姆霍兹线圈的磁场”中的应用测量亥姆霍兹线圈的磁场实验是定性地观察通电线圈中心轴线上的磁场分布，测量的表格较多，每个表格记录的数据也很多，一般的数据处理是作出中心轴线位置与磁感应强度分布的关系曲线，如果用Minitab15软件处理，过程简便，图线简单明了、整洁且具科学性。将半径为10cm，相距为10cm的两个完全相同的线圈A、B对称放在刻有1cm1cm方格的大理石平台上，此为亥姆霍兹线圈。对线圈通以100mA的电流，用集成霍尔传感器分别测量对单线圈A单独通电、单线圈B单独通电和A、B线圈串联后通电的亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁感应强度，数据如表一。表一 测量亥姆霍兹线圈上磁感应强度（两线圈间隔10cm，B单位10-6T）位置cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10123456789单线圈磁场BA25227029130030630229427525122620117615113311698867366单线圈磁场BB647486100116131152176201227253276297308312304291274246理论值BA+BB316344377401422433446451452453454452448441428402377347312亥姆霍兹线圈磁场B312344376404426441446454456455454456450442426406337346316利用Minitab15处理数据的具体步骤如下：1）启动Minitab15，把表一中 “位置”、“单线圈磁场BA”、“单线圈磁场BB”、“亥姆霍兹线圈磁场B” 四行的数据分别填入Minitab15工作表区域的“C1”、“C2”、“C3”、“C5”列。2）对“C4”列进行公式设定，首先选中C4列，点击鼠标右键选择“公式”和“对列设置公式”选项，在弹出的对话框中填入公式C2+C3，按确定，则C4列会自动填充数据，如图一，把数据填入表一中相应的位置，可省却大量繁琐的计算过程。3）点击工具栏上的“图形”选项，在下拉列表框中选择散点图，选择“简单”类型，在散点图对话框中设置x变量和y变量，y变量选择“C1位置”，x变量选择“C2单线圈磁场BA”、“C3线圈磁场BB”、“C4 BA+BB”、“C5 B”、并且选择“重叠在同一图形”选项，按确定，即可出现亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁感应强度的分布图，如图二。图一 Minitab15 工作表1图二亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁感应强度的分布图3 Minitab15在“温差电动势的测量”中的应用两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度t0和t，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势。温差电动势的大小与热电偶常数和两个接触点的温度差有关，电动势与温度差的关系复杂，当温度差不大时，取其一级近似可表示为：c*(t- t0)，式中，c为热电偶常数2。在温差电动势的测量实验中，数据处理一般要求作出温差电动势与温度差的关系图，并求出热电偶常数。学生利用最小二乘法或作图法求热电偶系数计算过程繁杂、误差大，若利用Minitab统计分析软件中线性拟合线图的功能，能简便科学地得出温差电动势与温度差的线性关系图，并得出线性系数即热电偶常数。将热电偶一个接触点放在冷水中，并用温度计测出其冷水温度t025，另一个接触点放在水浴锅中，从67开始，水浴锅每升高4测量一次温差电动势，直至95；再从95开始，水浴锅每降低4测量一次温差电动势，直至67，数据如表二。表二 温差电动势的测量热端温度t/6771757983879195冷热端温度差t/4246505458626670升温电动势/mv2.73.03.33.53.84.04.34.5降温电动势/mv2.52.83.03.33.63.94.24.5平均值/mv2.602.903.153.403.703.954.254.50数据处理的步骤：1）启动Minitab15，把表二中 “热端温度t/”、“升温电动势/mv”、“降温电动势/mv”三行的数据分别填入Minitab工作表区域的“C1”、“C3”、“C4”列。2）同理对“C2”、“C5”列进行公式设定以省却手工的公式计算，分别选中“C2”、“C5”列，点击鼠标右键选择“公式”和“对列设置公式”选项，在弹出的对话框中填入公式C1-25和（C3+C4）/2，按确定，则C2、C5列会自动填充数据，如图三，把数据填入表二中相应的位置。3）点击工具栏上的“统计”选项，在下拉列表框中选择“回归”，并在子菜单下选择“拟合线图”，在“拟合线图”对话框中设置x变量和y变量，其中“响应Y”选择“C5”列，“预测变量X”选择“C2”列，回归模型类型选择“线性”，最后按确定，即可产生温差电动势和温差的拟合线图，如图四。拟合线图中直接给出温差电动势与温差的关系式，-0.2354+0.06771t，其系数0.06771即为热电偶常数。图三 Minitab15 工作表2图四 温差电动势拟合线图4 结束语 本文主要结合大学物理实验中两个经典实验“测量亥姆霍兹线圈的磁场”和“温差