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1、数据处理软件Origin在物理化学实验中的应用①【摘要】本文简要介绍了Origin软件的基本功能和基本使用方法,并以物理化学实验为例介绍如何使用Origin软件处理实验数据、曲线的计算机拟合等。运用该软件处理实验数据解决了物理化学实验中的数据多、处理麻烦、手工作图误差大等问题。不仅简化了数据处理的过程,而且还提高了分析结果的准确度,进一步拓展了学生计算机软件应用能力。 【关键词】Origin软件数据处理物理化学实验 1前言 《物理化学实验》是高等院校化学及相关专业学生的一门独立基础实验课程。与其它化学实验课不同,
2、它得到的是一系列实验数据。学生需对数据进行大量计算,在直角坐标纸上作图。大部分是画直线,求出截距和斜率,进而求得实验结果的数学表达式;少部分是画曲线,有的需要在曲线上作切线,有的需要对曲线求积分,进而求得实验结果的数学表达式。学生只根据散点图做直线或曲线,就不可避免地引起主观误差,同一组实验数据不同学生处理,结果相差很大。个别学生还修改某些偏离较大的实验数据以期得到好的实验结果。由于实验数据计算过程复杂、作图费事,导致实验报告中经常出现各种错误。教师批改实验报告时不得不花费大量时间核查其计算结果。 物理化学实验中常见的数
3、据处理的方法有:运用基本公式计算;用实验数据作图;线性拟合,求截距或斜率;非线性曲线拟合。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。这种手工作图的方法不仅费时费力,而且误差较大。 物理化学实验数据处理过程一般为:对实验数据作图或对数据经过计算后作图→作数据点的拟合线→求拟合直线的斜率或曲线上某点的切线→根据斜率求物理量。这一过程可以用计算机处理完成,并能克服手工绘图费时费力、偶然性较大、误差大的缺点。 Origin软件是MicrocalSoft)等边三角形法(平行线法)做图。这种传统手工制图不仅耗时费力,
4、而且误差较大、图形粗糙。利用Origin软件可以在计算机上方便快捷地完成一对共轭溶液的三组分液—液相图的绘制,绘图时需一个X列值、一个Y列值和一个Z列值,且数据都是归一化的。然后在【plot】菜单中点击【Ternary】,在三角坐标中绘制出溶解度点。在图上点右键出现【PlotDetails】菜单,选择【PlotType】框中“Line+Symbol”即得到溶解度曲线。我们在实验教学过程中,利用0rigin软件强大的数据处理和多种图形绘制功能完成了一对共轭溶液的三组分液—液相图的绘制,其用户界面友好,使用方便,具有高效、准确
5、、美观等优点,而且减少人为因素引起的绘图偏差,减轻实验者的工作量[2]。 3曲线拟合 提及Origin软件,许多人都知道它在实验数据作图上的应用。用Origin软件线性拟合和非线性曲线拟合功能处理数据方面却很少有报道[3]。实际上,Origin软件在线性拟合和非线性曲线拟合时,可屏蔽某些偏差较大的数据点,以降低曲线的偏差,得到更为准确的结果,且方便快捷。Origin软件有如下基本功能: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。⑥Origin软件的线性拟合和非线性曲线拟
6、合功能。 虽然原始数据包含了所有有价值的信息,但是,信息质量往往不高。仅仅能够通过肉眼来判断不同数据之间的内在逻辑联系,大量的相关信息还需要借助不同的数学方法得以实现。Origin软件可以进一步对数据图形进行处理,提取有价值的信息,特别是对物理化学实验中经常用到的谱图和曲线的处理具有独到之处。随着计算机应用的深入发展,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,能够满足物理化学实验数据处理的要求。 3.1线性拟合 当绘出散点图或点线图后,选择Analysis菜单中的FitLinear或T
7、ools菜单中的LinearFit,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。物理化学实验中涉及到的图形类型可分为直线型和曲线型两种,多数情况下两个物理量之间的函数关系是线性关系,或经变换后为线性关系,可用最小二乘法进行直线拟合。例如,利用Origin软件对“一级反应——蔗糖水解反应”实验数据进行处理,以ln(αt-α∝)对t作图,由斜率可求得速率常数k(T1)及k(T2),并根据阿累尼乌斯方程可求该反应的活化能E。采用这种线性处理方法必须测定终了旋光度α∞值,
8、在实验的实际操作中,先要将反应体系置一定温度内温热40min使反应完成后,再冷至实验温度下测定,这一过程很费时且易带进误差,使α∞数值不可靠。再者,这种线性处理须把直接变量代换为间接变量,有研究表明[4],这种代换的结果易使误差增大。 3.2非线性拟合 但也常会遇到许多不易化为线性模型,或者化为线性
