excel程序在弗兰克_赫兹实验数据处理中的应用

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1、第29卷第3期青海大学学报(自然科学版)Vol.29No.32011年6月JournalofQinghaiUniversity(NatureScience)Jun.2011EXCEL程序在弗兰克—赫兹实验数据处理中的应用121宋民青，马瑶琦，查保媛(1.青海大学基础部，青海西宁810016;2.民和史纳学校，青海民和810802)摘要:文中利用计算机中的EXCEL程序对弗兰克—赫兹实验的数据进行了处理及误差分析，并与原来普遍采用的方法进行了比较，提高了计算结果的精度。关键词:EXCEL程序;数据处理;不确

2、定度中图分类号:O4－39文献标志码:B文章编号:1006－8996(2011)03－0069－03ExcelapplicationinprocessingFrank-Hertzexperimentaldata121SONGMinqing，MAYaoqi，ZHABaoyuan(1.DepartmentofFundamentalCourses，QinghaiUniversity，Xining810016，China;2.ShinaSchoolofMinhe，Minhe810802，China)Abstrac

3、t:TheFrank-HertzexperimentdataanderrorwereprocessedandanalyzedbyusingtheEXCELsoftware.Theaccuracyofcalculationwasimprovedincomparisonwiththeoriginalcommonmethod.Keywords:EXCELsoftware;dataprocessing;uncertainty随着实验技术的进步，计算机与物理实验的结合日益广泛。目前大学物理实验特别是一些综合性实验经

4、常利用计算机进行数据采集、记录和处理，这一方面提高了实验的效率和实验的准确性，减轻了学生的实验工作负担，但另一方面也降低了学生动手能力和实验处理能力的锻炼和培养。“计算机+物理实验”一定程度上使得实验装置成了“实验黑箱”，即实验仅仅是接通电源和从计算机导出结果，这实际上背离了物理实验课教学的培养目标。那么这类实验在教学中应如何进行?笔者认为除加强实验原理的讲解外，增加数据处理的方法的广度与深度不失为加强此类实验学生实验能力的一个重要出发点和落脚点。本文以典型的弗兰克—赫兹实验为例，尝试由拓展数据处理的方法

5、加强对学生实验能力的培养，为同类实验提供示范和参考。1实验简介本实验采用的仪器是由南京恒立达光电仪器厂的HLD—FH—IV型微机控制的弗兰克—赫兹实验数据采集系统。弗兰克—赫兹管结构如图1所示。实验中保持UP和UG1不变，直接测量板极电流Ip随加速电压UG2图1弗兰克—赫兹管结构示意变化的关系，当扫描电源UG2逐渐增加板极P上的电Fig．1Frank－Hertztubestructureschematic流也会逐渐增加，当电子加速后获得的能量大于eUp电子与汞原子就会发生完全非弹性碰撞，如果碰撞发生在栅极

6、G2附近，损失了能量的电子就不能到达板极P因此Ip就会下降，碰撞后的电子再次加速有足够的能量克服拒斥场到达P电流Ip又会增加。当收稿日期:2011－03－24作者简介:宋民青(1971—)，男，河北安国人，讲师。70青海大学学报第29卷电子的能量大于eUp时与汞原子碰撞，电流Ip又会下降。计算机上就会出现如图2所示曲线，由此得出第［1］一激发电位。表1弗兰克—赫兹实验数据表2本装置处理方法Tab.1Frank－Hertzexperimentdata本装置自带微机运算程序只是简单的由算术峰数/nUG2/V峰

7、数/nUG2/V平均值的方法计算第一激发电位，同时计算绝对误113．85446．85差和相对误差。223．85559．85表1是一实验后由微机导出的数据和结果。图334．85676．853是本次实验得到的弗兰克—赫兹实验曲线图。第一激发电位:UG=12．31V，绝对误差:ΔUG=0．67V，相对误差Er=5．5%以上结果直接由计算机自动生成，学生只需将其导出即完成本次实验的数据处理。这对大学生而言，完全省去了数据处理的环节，尽管提高了实验的效率，但却忽略了学生数据处理能力培训的实验目的。此外从数据处理方法

8、上看，本机处理方法也过于简单，达不到现行大学物理实验数据处理的一般要求。鉴于此，在此类实验教学中，我们侧重从数据处理方法拓展着手，加强对学生的在此方面能力的训练，取到了较好的实验效果。3数据处理拓展方法数据处理的科学有很多种方法，其中最常用、最典型的方法有列表法、逐差法、图示法、最小二乘［2］法。我们针对这几种方法，特别是后3种方法进行数据拓展训练，并借助EXCEL程序，用目前最常用、最科学但相对计算最为繁琐的最小二乘法对实验