數(shù)據(jù)處理軟件origin在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用①

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1、數(shù)據(jù)處理軟件Origin在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用①【摘要】本文簡要介紹了Origin軟件的基本功能和基本使用方法,并以物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例介紹如何使用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、曲線的計(jì)算機(jī)擬合等。運(yùn)用該軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)多、處理麻煩、手工作圖誤差大等問題。不僅簡化了數(shù)據(jù)處理的過程,而且還提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確度,進(jìn)一步拓展了學(xué)生計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用能力?！　　娟P(guān)鍵詞】Origin軟件數(shù)據(jù)處理物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)　　　　1前言　　《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是高等院?；瘜W(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門獨(dú)立基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。與其它化學(xué)實(shí)驗(yàn)課不同,

2、它得到的是一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量計(jì)算,在直角坐標(biāo)紙上作圖。大部分是畫直線,求出截距和斜率,進(jìn)而求得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)學(xué)表達(dá)式;少部分是畫曲線,有的需要在曲線上作切線,有的需要對(duì)曲線求積分,進(jìn)而求得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)學(xué)表達(dá)式。學(xué)生只根據(jù)散點(diǎn)圖做直線或曲線,就不可避免地引起主觀誤差,同一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同學(xué)生處理,結(jié)果相差很大。個(gè)別學(xué)生還修改某些偏離較大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以期得到好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算過程復(fù)雜、作圖費(fèi)事,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)報(bào)告中經(jīng)常出現(xiàn)各種錯(cuò)誤。教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)不得不花費(fèi)大量時(shí)間核查其計(jì)算結(jié)果?！　∥锢砘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的數(shù)

3、據(jù)處理的方法有:運(yùn)用基本公式計(jì)算;用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖;線性擬合,求截距或斜率;非線性曲線擬合。目前學(xué)生多用坐標(biāo)紙手工作圖;手工擬合直線,求斜率或截距。這種手工作圖的方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且誤差較大。　　物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程一般為:對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖或?qū)?shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后作圖→作數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合線→求擬合直線的斜率或曲線上某點(diǎn)的切線→根據(jù)斜率求物理量。這一過程可以用計(jì)算機(jī)處理完成,并能克服手工繪圖費(fèi)時(shí)費(fèi)力、偶然性較大、誤差大的缺點(diǎn)。　　Origin軟件是MicrocalSoft)等邊三角形法(平行線法)做圖。這種傳統(tǒng)手工制圖不僅耗時(shí)費(fèi)力,

4、而且誤差較大、圖形粗糙。利用Origin軟件可以在計(jì)算機(jī)上方便快捷地完成一對(duì)共軛溶液的三組分液—液相圖的繪制,繪圖時(shí)需一個(gè)X列值、一個(gè)Y列值和一個(gè)Z列值,且數(shù)據(jù)都是歸一化的。然后在【plot】菜單中點(diǎn)擊【Ternary】,在三角坐標(biāo)中繪制出溶解度點(diǎn)。在圖上點(diǎn)右鍵出現(xiàn)【PlotDetails】菜單,選擇【PlotType】框中“Line+Symbol”即得到溶解度曲線。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,利用0rigin軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和多種圖形繪制功能完成了一對(duì)共軛溶液的三組分液—液相圖的繪制,其用戶界面友好,使用方便,具有高效、準(zhǔn)確

5、、美觀等優(yōu)點(diǎn),而且減少人為因素引起的繪圖偏差,減輕實(shí)驗(yàn)者的工作量[2]?！　　　?曲線擬合　　提及Origin軟件,許多人都知道它在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖上的應(yīng)用。用Origin軟件線性擬合和非線性曲線擬合功能處理數(shù)據(jù)方面卻很少有報(bào)道[3]。實(shí)際上,Origin軟件在線性擬合和非線性曲線擬合時(shí),可屏蔽某些偏差較大的數(shù)據(jù)點(diǎn),以降低曲線的偏差,得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果,且方便快捷。Origin軟件有如下基本功能:①輸入數(shù)據(jù)并作圖。②將數(shù)據(jù)計(jì)算后作圖。③數(shù)據(jù)排序。④選擇需要的數(shù)據(jù)范圍作圖。⑤數(shù)據(jù)點(diǎn)屏蔽。⑥Origin軟件的線性擬合和非線性曲線擬

6、合功能?！　‰m然原始數(shù)據(jù)包含了所有有價(jià)值的信息,但是,信息質(zhì)量往往不高。僅僅能夠通過肉眼來判斷不同數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系,大量的相關(guān)信息還需要借助不同的數(shù)學(xué)方法得以實(shí)現(xiàn)。Origin軟件可以進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行處理,提取有價(jià)值的信息,特別是對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的譜圖和曲線的處理具有獨(dú)到之處。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的深入發(fā)展,利用Origin軟件可方便地進(jìn)行作圖、線性擬合、非線性曲線擬合等數(shù)據(jù)處理,能夠滿足物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的要求?！　?.1線性擬合　　當(dāng)繪出散點(diǎn)圖或點(diǎn)線圖后,選擇Analysis菜單中的FitLinear或T

7、ools菜單中的LinearFit,即可對(duì)圖形進(jìn)行線性擬合。結(jié)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(guān)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差等數(shù)據(jù)。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及到的圖形類型可分為直線型和曲線型兩種,多數(shù)情況下兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系是線性關(guān)系,或經(jīng)變換后為線性關(guān)系,可用最小二乘法進(jìn)行直線擬合。例如,利用Origin軟件對(duì)“一級(jí)反應(yīng)——蔗糖水解反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以ln(αt-α∝)對(duì)t作圖,由斜率可求得速率常數(shù)k(T1)及k(T2),并根據(jù)阿累尼烏斯方程可求該反應(yīng)的活化能E。采用這種線性處理方法必須測(cè)定終了旋光度α∞值,

8、在實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作中,先要將反應(yīng)體系置一定溫度內(nèi)溫?zé)?0min使反應(yīng)完成后,再冷至實(shí)驗(yàn)溫度下測(cè)定,這一過程很費(fèi)時(shí)且易帶進(jìn)誤差,使α∞數(shù)值不可靠。再者,這種線性處理須把直接變量代換為間接變量,有研究表明[4],這種代換的結(jié)果易使誤差增大?！　?.2非線性擬合　　但也常會(huì)遇到許多不易化為線性模型,或者化為線性