利用origin80软件简化物理实验数据的处理office办公助手

第２６卷第３大学物理实６ｏ３文章编号段越莹华南师范大学广州摘 要以铁磁材料磁化曲线与磁滞回线实验为例介绍如何利用０软件中绘图曲线拟合积分等功能简化对数据进行处理过程。针对处理后数据进行讨论并将操作方法推广到其他大学物理实验中。关键词磁化曲线与磁滞回线数据处号 文献标志码在大学物理实验中实验数据的记录与整理是一个重要的环节学生通过对实验数据进行全面计算分析及讨论从而验证实验猜想找出所研究问题的规律与结论。其中利用作图法对数据进行处理并获得相关数据是一种普遍的做法。然而多数学生采用的是在作图纸上进行手工绘图。这样做虽然能够完成实验图像的制作但是图像过于粗糙学生只能对数据获得感性的认识而曲线中的数学关系无法直接求出更别说针对图像做进一步的分析与处理例如求曲线的切线和曲线包围的面积。与此同时传统数据处理方式占用学生大量时间使得数据处理成为学生进

铁磁材料磁化曲线与磁滞回线实铁磁性材料磁化曲线和磁滞回线是基本的普通物理实验。众所周知铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是非线性的在交变磁场的作用下这种非线性的磁化曲线会形成磁滞回线。当铁磁反复被磁化时介质会发热从而产生磁滞损耗。本实验的实验目的是要求学生测绘样品的初始磁化曲线饱和磁滞回线（ＢＨ曲线和铁磁材料的Ｈ曲线并测定样品的矫顽力ＨＢｒ磁场饱行实验中最头疼的环节。所以大学物理实验 和值Ｂｍ和磁滞损耗Ａ［２］有必要引入高效的数据处理方法软件集合了强大的数据分析处理和科技图形绘制功能并且提供了方便的自定义数据函数拟合功能适应了不同要求的处理分析需要［１，８］。而的８．０版本在操作界面上与以往的版本有所不同使得一些操作有所变化。本文以铁磁材料磁化曲线与磁滞回线实验为例，通过利用软件对该实验的数据进行处理简单介绍中计算绘图非线性曲线拟合积分以及多元回归的用法向广大学生展示利用软件辅助数据处理的方便性和准确性并将用法针对不同的大学物理实验进行一

在传统的实验过程中由于手工作图的限制学生基本只能完成初始磁化曲线饱和磁滞回线ＢＨ曲线）的绘图并从图中近似读出矫顽力ＨＣ剩磁Ｂｒ磁场饱和值Ｂｍ的大小铁磁材料磁导率与磁场强度关系曲线μＨ线）需要学生对初始磁化曲线进行求导为此传统处理方法无法获得该曲线同样道理磁滞损耗Ａ需要对曲线进行积分因此对磁滞回线进行曲线拟合找出表达式后进行积分计算成为这一数据处理的难点。本实验的实验仪器是由复旦天欣科教仪器限公司生产的ＦＤＢＨ１型磁性材料起始磁化曲线和磁滞回线测量仪仪器形模具钢平均磁线圈匝数为Ｎ因此若给环形收稿日期样品中通过磁化线圈的电流Ｉ，考虑到缝隙的影响则磁化场的磁场强度Ｈ为：Ｈ＝ＮＩＢｌｇ通过测量本实验采用的数据如表１表２所示表１实物成实像法测量结果００００３０００９０１０表２实物成实像法测量结果 ００ ５０．０００．００ ０．００ ００ ６．９０ ５００．２０ 实验数据处理２．１由于实验是绘制ＢＨ曲线因此需要首先计算出磁场强度操作步骤如下：步骤１：输入数。打开输入表１数据新建输入表２数据。电流值放在磁感应强度放在Ｂ中并在ｇ中输入变量名“Ｕ中输入变量的单位。值得，ＢＢ这一栏必须点击中的ｔ将ＢＯＯＫ１＿Ｂ设置为自变量ｘ，否则系统自动默认ＢＯＯＫ１＿Ｂ为因变量ｙ，接下来的计算将无法进行。步骤新建空白栏用于放置计算量。

ｗ”按钮新建一栏。继续选择中的ｓ将该列ＢＯＯＫ１＿Ｃ定义为因变量ｙ。输入变量名和单位。的第一格打开ｗ→在弹出的窗口中输入计算＝０＊Ｂ＊回车就会出现磁场强度Ｈ的计算值。ＢＯＯＫ２中的数据计算方法同步骤１２。在编写计算时应注意是按国际单位进行计算因此与Ｂ单位必须先化成国际单位。２．２绘制初始磁化曲线在计算好实验数据后开始进行初始磁化曲线绘制。操作方法如下：步骤打开ＢＯＯＫ１工作表选取需要绘图的数据Ｂ与点击→ｋ便可得到此时曲线的ｘ轴是磁感应强度Ｂｙ轴是磁场强度Ｈ。而磁化曲线中要求ｘ，ｙ轴是磁感应强度Ｂ。因此需要调换ｘｙ轴。５：ｘｙ轴。打开→ｅ即可调换两坐标轴并得到初始磁化曲线图。饱和磁滞回线绘制方法同步骤４得图２所示曲线。图１初始磁化曲线图２磁滞回线测定测定样品的矫顽力ＨＣ剩磁Ｂｒ磁场饱和值Ｂｍ要从图中选择出样品的矫顽力Ｈ剩磁Ｂｒ、磁场饱和值Ｂｍ需要用到软件中的数据功能。方法如下：步骤打开即图曲线点击屏幕左端的的快速中的ｄｅ在图中代表矫顽力Ｈ剩磁Ｂｒ磁场饱和值Ｂｍ的交点位置进行点击读出数据框相应数据。读数时需注意系统默认ｘ为磁感应强度Ｂｙ为磁场强度示数与图的坐标轴不一致。例如寻找磁场饱和值Ｂｍ鼠标移动红色十字叉丝黑色的数据框ａｙ中的数字会随着鼠标在屏幕上的位置变化而变。选择好点后从数据框中读书此时磁感应强度值为如图３所示图３磁滞曲线磁感应强度饱和值测量按同样步骤进行读取数据得矫顽力为拟合磁滞回线从拟合出来的图线我们可以看出磁滞回线是一个非线性曲线。由于需要计算磁滞损耗因此我们要先知道磁滞回线的表达式。使用中的非线性拟合功能来进行曲线拟合。步骤如下：步骤选择需要进行拟合的数据点击工具栏中得”→”→ｒｔ。如果第一次调用这能软件会直接弹出一个的框图可以在其中进行自定义设定若已经调用过这能可以直接使用若想重新设定的则在ｔ下一菜单中选ｎａｌ进行自定义设定。步骤８：当打开了自定义对话框后会发现里面有丰富的设置项目。其中ｅｇ用于选择拟合的曲线模型用来选择该模型下的各类函数模型可以从下方的

图４在本实验中经过多次的匹最终选择了的模型进行拟合并采用函数为进行计算。最终得到图５图６。图５磁滞回线正向退磁曲线拟合图６磁滞回线负向退磁曲线拟合磁滞回线正向退磁曲线表达式为Ｈ＋＝２３４５ 磁滞回线负向退磁曲线表达式为Ｈ２３４ ８从表３表中可以看到软件对曲线进行了９级展开的多项式拟合相关系数均为０．９９以上说明曲线匹配度高。表３磁滞回线正向退磁曲线拟合数据表４磁滞回线负向退磁曲线拟合数据２．５对曲线进行积分计算磁滞损耗在中已经拟合出了磁滞回线的表达式，那么接下来只需要对曲线进行面积积分再把两积分相减就可得曲线包围的面积即为磁滞损耗Ａ。因此，ｎａ以计算图正向退磁曲线面积积分为例操作如下步骤打开选择图５曲线对应的数据点击”→”→ｎ面积积分即可完成。此时软件会自动弹出一个如图９。图７正向退磁曲线面积积分结果图７中重要参数意义分别是１是积分上限２是积分下限ａ是面积积分结果ｘ０是积分初始值。由此获得正向退磁曲线的积分面

积大小为同理获得负向退磁曲线面积积分结果为因此磁滞损耗为 讨论与拓展在利用软件处理铁磁材料磁化曲线与磁滞回线的实验数据过程中有几点值得大家注意与思考：在文献中作者对曲线拟合的项数选择的均为偶次项。然而铁磁材料的磁滞回线不同阶段的退磁和反向增磁均是单调函数因此多项式自变量系数应该为奇数。按照文献对曲线进行８次展开拟合然后绘图时将曲线始末两端分别延长５％就会发现曲线出现拐点。因此该曲线的拟合只能选择奇数次展开而不能进行偶数次展开。根据级数展开可以知道展开级数越高曲线的精确度越高。这就是本实验中选择９次展开的原因。对磁滞回线进行拟合的时候采用的是对其进行多项式展开那么展开到第几项算是最佳拟合呢？其实在拟合过程中我们可以在的中打开ｏ选择里面的和”进行统计分析与方差分析拟合完毕后即可查看修正后的相关系数情况如何。另一方法则是看残差图ｔ中各点的分布情况。同样在拟合设定时要在中选择本次实验所用的仪器励磁电流磁感应强度Ｂ和磁场强度Ｈ之间是一个二元一次方程。假设ＩＢＨ三个物理量已知现在想知道它们之间满足怎样的线性关系我们可以利用ｒｇｎ进行多元线性回归ｅｒｓ这能来拟合它们三者间的表达式。操作方法如下：步骤将ＩＢＨ输入工作表中将ＩＢ定义为自变量ｘ１ｘ２，为因变量ｙ。此时需要移动Ｈ所在栏将其置于首位。选择→→步骤选择需要拟合的数据选择ｙｓ→→得到拟合结果图。图８多项拟合结果从结果中可以得到ＩＢＨ三者之间的关系式是Ｈ。）屏幕读取数据ｎ曲线拟合积分等功能可以推广到大学其他物理实验中。例如克赫兹实验中曲线［４］的绘制及极值点的则可使用和ｎ两个功能用单摆测重力加速度实验［５］中则可用ｔ这一功能实现线性拟合测量亥姆霍兹线圈测磁场实验［６］中需要

功能的操作方法。借助软件的强大功能使得本实验的数据处理变得简单并且通过对数据的统计分析情况进行比较更能体会曲线中的物理含义是学生对实验的注意力从数据的繁琐处理重新回到曲线物理意义上。参考文献］方安平叶卫平等０实用指南 机械工业出版社２］胡素梅陈海波ｎ软件在铁磁材料磁化曲线和磁滞回线实验中的应用研究［Ｊ］师范学院学报３］冯本珍铁磁料磁滞回线的研究中国科技信息４］李锦文吴先球熊建文利用ｎ软件对大学物理实验数据进行曲线分析的两个实例大学物理对线圈不同距离时磁感应强度大小进行比较ｉ。由此可见中强大功能可以很４结通过利用软件对铁