① 物理實驗數據處理的方法有哪些
實驗數據的處理方法
實驗結果的表示,首先取決於實驗的物理模式,通過被測量之間的相互關系,考慮實驗結果的表示方法。常見的實驗結果的表示方法是有圖解法和方程表示法。在處理數據時可根據需要和方便選擇任何一種方法表示實驗的最後結果。
(1)實驗結果的圖形表示法。把實驗結果用函數圖形表示出來,在實驗工作中也有普遍的實用價值。它有明顯的直觀性,能清楚的反映出實驗過程中變數之間的變化進程和連續變化的趨勢。精確地描制圖線,在具體數學關系式為未知的情況下還可進行圖解,並可藉助圖形來選擇經驗公式的數學模型。因此用圖形來表示實驗的結果是每個中學生必須掌握的。
圖解法主要問題是擬合面線,一般可分五步來進行。
①整理數據,即取合理的有效數字表示測得值,剔除可疑數據,給出相應的測量誤差。
②選擇坐標紙,坐標紙的選擇應為便於作圖或更能方使地反映變數之間的相互關系為原則。可根據需要和方便選擇不同的坐標紙,原來為曲線關系的兩個變數經過坐標變換利用對數坐標就要能變成直線關系。常用的有直角坐標紙、單對數坐標紙和雙對數坐標紙。
③坐標分度,在坐標紙選定以後,就要合理的確定圖紙上每一小格的距離所代表的數值,但起碼應注意下面兩個原則:
a.格值的大小應當與測量得值所表達的精確度相適應。
b.為便於制圖和利用圖形查找數據每個格值代表的有效數字盡量採用1、2、4、5避免使用3、6、7、9等數字。
④作散點圖,根據確定的坐標分度值將數據作為點的坐標在坐標紙中標出,考慮到數據的分類及測量的數據組先後順序等,應採用不同符號標出點的坐標。常用的符號有:×○●△■等,規定標記的中心為數據的坐標。
⑤擬合曲線,擬合曲線是用圖形表示實驗結果的主要目的,也是培養學生作圖方法和技巧的關鍵一環,擬合曲線時應注意以下幾點:
a.轉折點盡量要少,更不能出現人為折曲。
b.曲線走向應盡量靠近各坐標點,而不是通過所有點。
c.除曲線通過的點以外,處於曲線兩側的點數應當相近。
⑥註解說明,規范的作圖法表示實驗結果要對得到的圖形作必要的說明,其內容包括圖形所代表的物理定義、查閱和使用圖形的方法,制圖時間、地點、條件,制圖數據的來源等。
(2)實驗結果的方程表示法。方程式是中學生應用較多的一種數學形式,利用方程式表示實驗結果。不僅在形式上緊湊,並且也便於作數學上的進一步處理。實驗結果的方程表示法一般可分以下四步進行。
①確立數學模型,對於只研究兩個變數相互關系的實驗,其數學模型可藉助於圖解法來確定,首先根據實驗數據在直角坐標系中作出相應圖線,看其圖線是否是直線,反比關系曲線,冪函數曲線,指數曲線等,就可確定出經驗方程的數學模型分別為:
Y=a+bx,Y=a+b/x,Y=a\b,Y=aexp(bx)
②改直,為方便的求出曲線關系方程的未定系數,在精度要求不太高的情況下,在確定的數學模型的基礎上,通過對數學模型求對數方法,變換成為直線方程,並根據實驗數據用單對數(或雙對數)坐標系作出對應的直線圖形。
③求出直線方程未定系數,根據改直後直線圖形,通過學生已經掌握的解析幾何的原理,就可根據坐標系內的直線找出其斜率和截距,確定出直線方程的兩個未定系數。
④求出經驗方程,將確定的兩個未定系數代入數學模型,即得到中學生比較習慣的直角坐標系的經驗方程。
中學物理實驗有它一套實驗知識、方法、習慣和技能,要學好這套系統的實驗知識、方法、習慣和技能,需要教師在教學過程中作科學的安排,由淺入深,由簡到繁加以培養和鍛煉。逐步掌握探索未知物理規律的基本方法。
② 實驗數據處理方法
數據處理是物理實驗報告的重要組成部分,其包含的內容十分豐富,例如數據的記錄、函數圖線的描繪,從實驗數據中提取測量結果的不確定度信息,驗證和尋找物理規律等。
3、最小二乘法
用作圖法處理實驗數據獲得直線的斜率和截距等重要參數雖然 簡單明了,但是存在相當大的主觀成分,結果也往往因人而異。最小二乘法則是一種比較精確的直線擬合方法。它的依據是:對於等精度測量若存在一條最佳擬合直 線,那麼各測量值與這條直線上的對應點值之差的平方和應為極小。這里只考慮最簡單的直線擬合孝慎問題。假定每個數據點的測量都是等精度的,而且x的測量誤差很小,可忽略,只有y的測量存在測量誤差。
實驗數據處理的幾種方法
物理實驗中測量得到的許多數據需要處理後才能表示測量的最終結果。對實驗數據進行記錄、整理、計算、分析、擬合等,從中獲得實驗結果和尋找物理量變化規律或經驗公式的過程就是數據處理。它是實驗方法的一個重要組成部分,是實驗課的基本訓練內容。本章主要介紹列表法、作圖法、圖解法、逐差法和最小二乘法。
1.4.1 列表法
列表法就是將一組實驗數據和計算的中間數據依據一定的形式和順序列成表格。列表法可以簡單明確地表示出物理量之間的對應關系,便於分析和發現資料的規律性,也有助於檢查和發現實驗中的問題,這就是列表法的優點。設計記錄表格時要做到:
(1)表格設計要合理,以利於記錄、檢查、運算和分析。
(2)表格中涉及的各物理量,其符號、單位及量值的數量級均要表示清楚。但不要把單位寫在數字後。
(3)表中數據要正確反映測量結果的有效數字和不確定度。列入表中的除原始數據外,計算過程中的一些中間結果和最後結果也可以列入表中。
(4)表格要加上必要的說明。實驗室所給的數據或查得的單項數據應列在表格的上部,說明寫在表格的下部。
1.4.2 作圖法
作圖法是在坐標紙上用圖線表示物理量之間的關系,揭示物理量之間的聯系。作圖法既有簡明、形象、直觀、便於比較研究實驗結果等優點,它是一種最常用的數據處理方法。
作圖法的基本規則是:
(1)根據函數關系選擇適當的坐標紙(如直角坐標紙,單對數坐標紙,雙對數坐標紙,極坐標紙等)和比例,畫出坐標軸,標明物理量符號、單位和刻度值,並寫明測試條件。
(2)坐標的原點不一定是變數的零點,可根據測試范圍加以選擇。,坐標分格最好使最低數字的一個單位可靠數與坐標最小分度相當。縱橫坐標比例要恰當,以使圖線居中。
(3)描點和連線。根據測量數據,用直尺和筆尖使其函數對應的實驗點准確地落在相應的位置。一張圖紙上畫上幾條實驗曲線時,每條圖線應用不同的標記如「+」、「×」、「·」、「Δ」等符號標出,以免混淆。連線時,要顧及到數據點,使曲線呈光滑曲線(含直線),並使數據點均勻分布在曲線(直線)的兩側,且盡量貼近曲線。個別偏離過大的點要重新審核,屬過失誤差的應剔去。
④ 實驗數據處理包括哪些內容
實驗數據的處理方法:
1. 平均值法
取算術平均值是為減小偶然誤差而常用的一種數據處理方法。通常在同樣的測量條件下,對於某一物理量進行多次測量的結果不會完全一樣,用多次測量的算術平均值作為測量結果,是真實值的最好近似。
2. 列表法
實驗中將數據列成表格,可以簡明地表示出有關物理量之間的關系,便於檢查測量結果和運算是否合理,有助於發現和分析問題,而且列表法還是圖象法的基礎。
列表時應注意:
①表格要直接地反映有關物理量之間的關系,一般把自變數寫在前邊,因變數緊接著寫在後面,便於分析。
②表格要清楚地反映測量的次數,測得的物理量的名稱及單位,計算的物理量的名稱及單位。物理量的單位可寫在標題欄內,一般不在數值欄內重復出現。
③表中所列數據要正確反映測量值的有效數字。
3. 作圖法
選取適當的自變數,通過作圖可以找到或反映物理量之間的變化關系,並便於找出其中的規律,確定對應量的函數關系。作圖法是最常用的實驗數據處理方法之一。
描繪圖象的要求是:
①根據測量的要求選定坐標軸,一般以橫軸為自變數,縱軸為因變數。坐標軸要標明所代表的物理量的名稱及單位。
②坐標軸標度的選擇應合適,使測量數據能在坐標軸上得到准確的反映。為避免圖紙上出現大片空白,坐標原點可以是零,也可以不是零。坐標軸的分度的估讀數,應與測量值的估讀數(即有效數字的末位)相對應。
⑤ 大學物理實驗中有哪幾種數據處理的方法
列表法、圖解法、最小二乘法、逐差法
⑥ 數據處理的常用方法有
1、列表法:是將實驗所獲得的數據用表格的形式進行排列的數據處理方法。列表法的作用有兩種:一是記錄實驗數據,二是能顯示出物理量間的對應關系。
2、圖示法:是用圖象來表示物理規律的一種實驗數據處理方法。一般來講,一個物理規律可以用三種方式來表述:文字表述、解析函數關系表述、圖象表示。
3、圖解法:是在圖示法的基礎上,利用已經作好的圖線,定量地求出待測量或某些參數或經驗公式的方法。
4、逐差法:由於隨機誤差具有抵償性,對於多次測量的結果,常用平均值來估計最佳值,以消除隨機誤差的影響。
5、最小二乘法:通過實驗獲得測量數據後,可確定假定函數關系中的各項系數,這一過程就是求取有關物理量之間關系的經驗公式。從幾何上看,就是要選擇一條曲線,使之與所獲得的實驗數據更好地吻合。
⑦ 物理化學中數據處理的方法詳談
Origin 軟體在物理化學實驗數據處理中的應用
物理化學實驗中常見的數據處理有: ①公式計算; ②用實驗數據作圖或對實驗數據計算
後作圖; ③線性擬合,求截距或斜率; ④非線性曲線擬合; ⑤作切線,求截距或斜率。
目前學生多用坐標紙手工作圖;手工擬合直線,求斜率或截距;手工作曲線和切線,求斜率
或截距。這種手工作圖的方法不僅費時費力,而且誤差較大。本來實驗數據就有一定的誤差,
加上數據處理帶來的較大誤差,可想而知,所得結果的誤差就更大。
隨著計算機應用的深入發展,計算機作圖軟體越來越多。利用Origin 軟體可方便地進行
作圖、線性擬合、非線性曲線擬合等數據處理,能夠滿足物化實驗數據處理的要求。下面介紹
用Origin 軟體對物化實驗數據處理的方法。
1 Origin 軟體的一般用法
1. 1 數據作圖
Origin 可繪制散點圖、點線圖、柱形圖、條形圖或餅圖以及雙Y軸圖形等,在物化實驗中通
常使用散點圖或點線圖。
Origin 有如下基本功能: ①輸入數據並作圖, ②將數據計算後作圖, ③數據排序, ④選擇
需要的數據范圍作圖, ⑤數據點屏蔽。
1. 2 線性擬合
當繪出散點圖或點線圖後,選擇Analysis 菜單中的Fit Linear 或Tools 菜單中的Linear Fit ,
即可對圖形進行線性擬合。結果記錄中顯示擬合直線的公式、斜率和截距的值及其誤差,相關
系數和標准偏差等數據。在線性擬合時,可屏蔽某些偏差較大的數據點,以降低擬合直線的偏
差。
1. 3 非線性曲線擬合
Origin 提供了多種非線性曲線擬合方式: ①在Analysis 菜單中提供了如下擬合函數:多項
式擬合、指數衰減擬合、指數增長擬合、S 形擬合、Gaussian 擬合、Lorentzian 擬合和多峰擬合;在
Tools 菜單中提供了多項式擬合和S 形擬合。②在Analysis 菜單中的Non2linear Curve Fit 選項
提供了許多擬合函數的公式和圖形。③Analysis 菜單中的Non2linear Curve Fit 選項可讓用戶自
定義函數。
在處理實驗數據時,可根據數據圖形的形狀和趨勢選擇合適的函數和參數,以達到最佳擬
合效果。多項式擬合適用於多種曲線,且方便易行,操作如下:
(1) 對數據作散點圖或點線圖。
(2) 選擇Analysis 菜單中的Fit Polynomial 或Tools 菜單中的Polynomial Fit ,打開多項式擬合
對話框,設定多項式的級數、擬合曲線的點數、擬合曲線中X 的范圍。
(3) 點擊OK或Fit 即可完成多項式擬合。結果記錄中顯示:擬合的多項式公式、參數的值
及其誤差, R2 (相關系數的平方) 、SD (標准偏差) 、N (曲線數據的點數) 、P 值( R2 = 0 的概率)
等。