① 物理实验数据处理的方法有哪些
实验数据的处理方法
实验结果的表示,首先取决于实验的物理模式,通过被测量之间的相互关系,考虑实验结果的表示方法。常见的实验结果的表示方法是有图解法和方程表示法。在处理数据时可根据需要和方便选择任何一种方法表示实验的最后结果。
(1)实验结果的图形表示法。把实验结果用函数图形表示出来,在实验工作中也有普遍的实用价值。它有明显的直观性,能清楚的反映出实验过程中变量之间的变化进程和连续变化的趋势。精确地描制图线,在具体数学关系式为未知的情况下还可进行图解,并可借助图形来选择经验公式的数学模型。因此用图形来表示实验的结果是每个中学生必须掌握的。
图解法主要问题是拟合面线,一般可分五步来进行。
①整理数据,即取合理的有效数字表示测得值,剔除可疑数据,给出相应的测量误差。
②选择坐标纸,坐标纸的选择应为便于作图或更能方使地反映变量之间的相互关系为原则。可根据需要和方便选择不同的坐标纸,原来为曲线关系的两个变量经过坐标变换利用对数坐标就要能变成直线关系。常用的有直角坐标纸、单对数坐标纸和双对数坐标纸。
③坐标分度,在坐标纸选定以后,就要合理的确定图纸上每一小格的距离所代表的数值,但起码应注意下面两个原则:
a.格值的大小应当与测量得值所表达的精确度相适应。
b.为便于制图和利用图形查找数据每个格值代表的有效数字尽量采用1、2、4、5避免使用3、6、7、9等数字。
④作散点图,根据确定的坐标分度值将数据作为点的坐标在坐标纸中标出,考虑到数据的分类及测量的数据组先后顺序等,应采用不同符号标出点的坐标。常用的符号有:×○●△■等,规定标记的中心为数据的坐标。
⑤拟合曲线,拟合曲线是用图形表示实验结果的主要目的,也是培养学生作图方法和技巧的关键一环,拟合曲线时应注意以下几点:
a.转折点尽量要少,更不能出现人为折曲。
b.曲线走向应尽量靠近各坐标点,而不是通过所有点。
c.除曲线通过的点以外,处于曲线两侧的点数应当相近。
⑥注解说明,规范的作图法表示实验结果要对得到的图形作必要的说明,其内容包括图形所代表的物理定义、查阅和使用图形的方法,制图时间、地点、条件,制图数据的来源等。
(2)实验结果的方程表示法。方程式是中学生应用较多的一种数学形式,利用方程式表示实验结果。不仅在形式上紧凑,并且也便于作数学上的进一步处理。实验结果的方程表示法一般可分以下四步进行。
①确立数学模型,对于只研究两个变量相互关系的实验,其数学模型可借助于图解法来确定,首先根据实验数据在直角坐标系中作出相应图线,看其图线是否是直线,反比关系曲线,幂函数曲线,指数曲线等,就可确定出经验方程的数学模型分别为:
Y=a+bx,Y=a+b/x,Y=a\b,Y=aexp(bx)
②改直,为方便的求出曲线关系方程的未定系数,在精度要求不太高的情况下,在确定的数学模型的基础上,通过对数学模型求对数方法,变换成为直线方程,并根据实验数据用单对数(或双对数)坐标系作出对应的直线图形。
③求出直线方程未定系数,根据改直后直线图形,通过学生已经掌握的解析几何的原理,就可根据坐标系内的直线找出其斜率和截距,确定出直线方程的两个未定系数。
④求出经验方程,将确定的两个未定系数代入数学模型,即得到中学生比较习惯的直角坐标系的经验方程。
中学物理实验有它一套实验知识、方法、习惯和技能,要学好这套系统的实验知识、方法、习惯和技能,需要教师在教学过程中作科学的安排,由浅入深,由简到繁加以培养和锻炼。逐步掌握探索未知物理规律的基本方法。
② 实验数据处理方法
数据处理是物理实验报告的重要组成部分,其包含的内容十分丰富,例如数据的记录、函数图线的描绘,从实验数据中提取测量结果的不确定度信息,验证和寻找物理规律等。
3、最小二乘法
用作图法处理实验数据获得直线的斜率和截距等重要参数虽然 简单明了,但是存在相当大的主观成分,结果也往往因人而异。最小二乘法则是一种比较精确的直线拟合方法。它的依据是:对于等精度测量若存在一条最佳拟合直 线,那么各测量值与这条直线上的对应点值之差的平方和应为极小。这里只考虑最简单的直线拟合孝慎问题。假定每个数据点的测量都是等精度的,而且x的测量误差很小,可忽略,只有y的测量存在测量误差。
实验数据处理的几种方法
物理实验中测量得到的许多数据需要处理后才能表示测量的最终结果。对实验数据进行记录、整理、计算、分析、拟合等,从中获得实验结果和寻找物理量变化规律或经验公式的过程就是数据处理。它是实验方法的一个重要组成部分,是实验课的基本训练内容。本章主要介绍列表法、作图法、图解法、逐差法和最小二乘法。
1.4.1 列表法
列表法就是将一组实验数据和计算的中间数据依据一定的形式和顺序列成表格。列表法可以简单明确地表示出物理量之间的对应关系,便于分析和发现资料的规律性,也有助于检查和发现实验中的问题,这就是列表法的优点。设计记录表格时要做到:
(1)表格设计要合理,以利于记录、检查、运算和分析。
(2)表格中涉及的各物理量,其符号、单位及量值的数量级均要表示清楚。但不要把单位写在数字后。
(3)表中数据要正确反映测量结果的有效数字和不确定度。列入表中的除原始数据外,计算过程中的一些中间结果和最后结果也可以列入表中。
(4)表格要加上必要的说明。实验室所给的数据或查得的单项数据应列在表格的上部,说明写在表格的下部。
1.4.2 作图法
作图法是在坐标纸上用图线表示物理量之间的关系,揭示物理量之间的联系。作图法既有简明、形象、直观、便于比较研究实验结果等优点,它是一种最常用的数据处理方法。
作图法的基本规则是:
(1)根据函数关系选择适当的坐标纸(如直角坐标纸,单对数坐标纸,双对数坐标纸,极坐标纸等)和比例,画出坐标轴,标明物理量符号、单位和刻度值,并写明测试条件。
(2)坐标的原点不一定是变量的零点,可根据测试范围加以选择。,坐标分格最好使最低数字的一个单位可靠数与坐标最小分度相当。纵横坐标比例要恰当,以使图线居中。
(3)描点和连线。根据测量数据,用直尺和笔尖使其函数对应的实验点准确地落在相应的位置。一张图纸上画上几条实验曲线时,每条图线应用不同的标记如“+”、“×”、“·”、“Δ”等符号标出,以免混淆。连线时,要顾及到数据点,使曲线呈光滑曲线(含直线),并使数据点均匀分布在曲线(直线)的两侧,且尽量贴近曲线。个别偏离过大的点要重新审核,属过失误差的应剔去。
④ 实验数据处理包括哪些内容
实验数据的处理方法:
1. 平均值法
取算术平均值是为减小偶然误差而常用的一种数据处理方法。通常在同样的测量条件下,对于某一物理量进行多次测量的结果不会完全一样,用多次测量的算术平均值作为测量结果,是真实值的最好近似。
2. 列表法
实验中将数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果和运算是否合理,有助于发现和分析问题,而且列表法还是图象法的基础。
列表时应注意:
①表格要直接地反映有关物理量之间的关系,一般把自变量写在前边,因变量紧接着写在后面,便于分析。
②表格要清楚地反映测量的次数,测得的物理量的名称及单位,计算的物理量的名称及单位。物理量的单位可写在标题栏内,一般不在数值栏内重复出现。
③表中所列数据要正确反映测量值的有效数字。
3. 作图法
选取适当的自变量,通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系,并便于找出其中的规律,确定对应量的函数关系。作图法是最常用的实验数据处理方法之一。
描绘图象的要求是:
①根据测量的要求选定坐标轴,一般以横轴为自变量,纵轴为因变量。坐标轴要标明所代表的物理量的名称及单位。
②坐标轴标度的选择应合适,使测量数据能在坐标轴上得到准确的反映。为避免图纸上出现大片空白,坐标原点可以是零,也可以不是零。坐标轴的分度的估读数,应与测量值的估读数(即有效数字的末位)相对应。
⑤ 大学物理实验中有哪几种数据处理的方法
列表法、图解法、最小二乘法、逐差法
⑥ 数据处理的常用方法有
1、列表法:是将实验所获得的数据用表格的形式进行排列的数据处理方法。列表法的作用有两种:一是记录实验数据,二是能显示出物理量间的对应关系。
2、图示法:是用图象来表示物理规律的一种实验数据处理方法。一般来讲,一个物理规律可以用三种方式来表述:文字表述、解析函数关系表述、图象表示。
3、图解法:是在图示法的基础上,利用已经作好的图线,定量地求出待测量或某些参数或经验公式的方法。
4、逐差法:由于随机误差具有抵偿性,对于多次测量的结果,常用平均值来估计最佳值,以消除随机误差的影响。
5、最小二乘法:通过实验获得测量数据后,可确定假定函数关系中的各项系数,这一过程就是求取有关物理量之间关系的经验公式。从几何上看,就是要选择一条曲线,使之与所获得的实验数据更好地吻合。
⑦ 物理化学中数据处理的方法详谈
Origin 软件在物理化学实验数据处理中的应用
物理化学实验中常见的数据处理有: ①公式计算; ②用实验数据作图或对实验数据计算
后作图; ③线性拟合,求截距或斜率; ④非线性曲线拟合; ⑤作切线,求截距或斜率。
目前学生多用坐标纸手工作图;手工拟合直线,求斜率或截距;手工作曲线和切线,求斜率
或截距。这种手工作图的方法不仅费时费力,而且误差较大。本来实验数据就有一定的误差,
加上数据处理带来的较大误差,可想而知,所得结果的误差就更大。
随着计算机应用的深入发展,计算机作图软件越来越多。利用Origin 软件可方便地进行
作图、线性拟合、非线性曲线拟合等数据处理,能够满足物化实验数据处理的要求。下面介绍
用Origin 软件对物化实验数据处理的方法。
1 Origin 软件的一般用法
1. 1 数据作图
Origin 可绘制散点图、点线图、柱形图、条形图或饼图以及双Y轴图形等,在物化实验中通
常使用散点图或点线图。
Origin 有如下基本功能: ①输入数据并作图, ②将数据计算后作图, ③数据排序, ④选择
需要的数据范围作图, ⑤数据点屏蔽。
1. 2 线性拟合
当绘出散点图或点线图后,选择Analysis 菜单中的Fit Linear 或Tools 菜单中的Linear Fit ,
即可对图形进行线性拟合。结果记录中显示拟合直线的公式、斜率和截距的值及其误差,相关
系数和标准偏差等数据。在线性拟合时,可屏蔽某些偏差较大的数据点,以降低拟合直线的偏
差。
1. 3 非线性曲线拟合
Origin 提供了多种非线性曲线拟合方式: ①在Analysis 菜单中提供了如下拟合函数:多项
式拟合、指数衰减拟合、指数增长拟合、S 形拟合、Gaussian 拟合、Lorentzian 拟合和多峰拟合;在
Tools 菜单中提供了多项式拟合和S 形拟合。②在Analysis 菜单中的Non2linear Curve Fit 选项
提供了许多拟合函数的公式和图形。③Analysis 菜单中的Non2linear Curve Fit 选项可让用户自
定义函数。
在处理实验数据时,可根据数据图形的形状和趋势选择合适的函数和参数,以达到最佳拟
合效果。多项式拟合适用于多种曲线,且方便易行,操作如下:
(1) 对数据作散点图或点线图。
(2) 选择Analysis 菜单中的Fit Polynomial 或Tools 菜单中的Polynomial Fit ,打开多项式拟合
对话框,设定多项式的级数、拟合曲线的点数、拟合曲线中X 的范围。
(3) 点击OK或Fit 即可完成多项式拟合。结果记录中显示:拟合的多项式公式、参数的值
及其误差, R2 (相关系数的平方) 、SD (标准偏差) 、N (曲线数据的点数) 、P 值( R2 = 0 的概率)
等。