Mathstudio在近代物理实验数据处理中的应用_蔡春雨.pdf
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1、第 卷第 期大学物理实验 年 月 收稿日期:基金项目:内蒙古民族大学教育教学研究课题(、);内蒙古自治区教育教学研究“十四五”规划 年度立项课题();年度国家民委高等教育教学改革研究项目(铸牢中华民族共同体意识融入学校人才培养一体化模式的路径探索);内蒙古自治区教育教学研究“十三五”规划课题(、)。通讯联系人文章编号:()在近代物理实验数据处理中的应用蔡春雨,萨仁高娃,包 琳,苗秀娟,姜福仕,李鸿明,韩元春,马新军,赵翠兰(内蒙古民族大学 数理学院,内蒙古 通辽;南昌工学院 教育学院,江西 南昌)摘要:为了提升大学生信息素养和实践能力,介绍了 在 个近代物理实验数据处理中的应用,同时与其他数据
2、处理软件的处理结果进行了对比。结果表明:较传统手工计算和电脑端软件运算的方法,基于 的近代物理实验数据处理方法,在符号运算、数据输入或输出和曲线拟合方面为大学生提供技术支持和便利;本文所展示的基于 近代物理实验数据处理方法,丰富了智能手机在物理实验数据处理中的应用,对加速教学信息化改革研究与实践、提升学生信息素养与实践能力的深度融合具有重要意义。关键词:实验数据处理;近代物理实验;信息素养;实践能力中图分类号:;文献标志码:大学物理实验投稿网址:大学物理实验,尤其是近代物理实验,是培养学生科学精神和实践能力的有效方式。目前,在处理和分析大学物理实验数据方面,学生普遍选用手工运算或坐标纸绘制的手
3、段,然而,该传统实验数据处理方式过程繁杂、效率低,而且处理中若出现失误既不易查找问题、也不便于修正数据。事实上,物理实验是提升学生信息素养和实践能力的天然平台。随着信息技术的高速发展,越来越多的人们将数据处理软件引入到近代物理实验数据的处理中,使得实验结果的精度和效率得到了显著的提高。例如,于红等和姬鹏飞等使用 分别处理了金属电子逸出功测量实验和热敏电阻温度特性实验;利用 分析和绘制磁电阻特性研究和红外测温的实验数据;利用 对热敏电阻实验、普朗克常数测定实验、太阳能电池特性实验、居里点温度的测定实验和多普勒效应测声速实验中数据进行了曲线拟合;乐松使用 处理了多普勒效应与弗兰克赫兹实验的实验数据
4、;但是,这种软件处理实验数据的方式,面临这些软件仅能在电脑端才能运行的限制。是一款功能强大的移动端科学计算器,近年来已被巧妙、方便地用来处理和分析了一系列大学物理实验,例如单摆法测重力加速度、牛顿环测透镜曲率半径、霍尔效应、热敏电阻实验、结物理特性实验、测定不同温度下水的黏度实验、落球法测定液体黏滞系数、弦振动实验,和测定普朗克常量实验,且均取得了不错的效果。既体现了采用 处理、分析大学物理实验数据方面较传统方式的优越性;与电脑端才能更好处理实验数据的软件相比,又凸显了利用 处理实验数据的便捷性和高效性。另外,引导和鼓励学生在学习大学物理过程中使用,既能够提升大学生的学习兴趣,又有助于大学生信
5、息素养和实践能力的提升。但以上利用 处理过的实验中,近代物理实验太少。在建立和完善基于 的大学物理实验数据处理案例库以及持续提升大学生 信 息 素 养 和 实 践 能 力 的 要 求 下,研 究 在近代物理实验数据处理中的应用具有重要的学术意义。本文接下来分别以弗兰克赫兹实验、太阳能电池特性实验、红外测温、居里点温度的测定和多普勒测声速实验为例,介绍 在近代物理实验数据处理中的应用。在 个近代物理实验数据处理中的应用 利用 绘制弗兰克赫兹实验曲线利用 中的 函数可以将分散的实验数据绘制成曲线。以弗兰克赫兹实验为例,将实验数据输入 中,通过 即可轻松绘制出相应实验曲线,如图 所示,该曲线与文献用
6、 绘制的图像基本一致。同时可由曲线右侧的 和 对曲线的颜色和线型进行个性化的设置。图 绘制弗兰克赫兹实验曲线 在太阳能电池特性实验研究中的应用 太阳能电池特性实验是一个重要的、启发学生思考、理论与实验紧密结合的近代物理实验。图 显示了用 绘制的太阳能电池特性实验中全暗条件下电压与电流的关系曲线,所得结果与文献中用 界面所得结果一致。图 绘制太阳能电池关系曲线在图 的基础上,继续利用 拟合了太阳能电池全暗条件下电压与电流对数的关系曲线,如图 所示。结果发现,拟合直线的斜率和截距信息,在保留相应有效数字的情况下,与文献中用 拟合结果一致,间接表明,通过 可以设置目标数据的输出精度,满足各类大学物理
7、实验对实验结果的需求。需要说明的是,因对数的真数为正,故剔除了原始数据中电流等于零相关的实验数据。图 拟合太阳能电池关系曲线 在红外测温实验中的应用因其具有便捷性、灵敏性和非接触式测温等优点,红外测温实验是一个集综合性、创新性和实用性为一身的近代物理实验。以灰度为自变量参数,温度为输出参数,图 给出了利用 非线性拟合红外测温实验数据的处理过程,拟合结果基本与文献中采用最小二乘法计算结果一致;这样就从灰度和温度对应的数据中,找出了规律,就可以对其他样品进行测量和预测了。图 拟合红外测温实验数据 在测定居里点温度中的应用本小节以居里点温度测定实验为例,展示大 学 物 理 实 验 年 的矩阵运算功能
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