利用Origin处理测金属电阻温度系数实验数据

丁 冬，濮兴庭

（1.南京农业大学，江苏南京 210031；2.南京林业大学，江苏南京 210037）

利用Origin处理测金属电阻温度系数实验数据

丁 冬1，濮兴庭2

（1.南京农业大学，江苏南京 210031；2.南京林业大学，江苏南京 210037）

介绍了利用Origin软件对金属电阻温度系数进行实验数据处理的过程，并通过线性拟合和多项式拟合的运用，说明了将该软件作为常用的数据处理方式引入大学物理实验教学的优越性。

Origin软件数据处理；电阻温度系数

大学物理实验中数据处理是非常重要的一个环节，通过列表、计算和作图可以展现数据规律，印证实验目的，从而深化学生对实验原理以及相应理论内容的理解。随着计算机技术的广泛应用，这样的数据处理方式从某种程度上也脱离了科研、工作的真实情景，不符合研究性教学的培养要求。所以在学生掌握了基本的数据处理能力后，适时地引入计算机处理软件，辅助学生进行高效和贴近实际探究过程的数据处理是大学物理实验教学的必然［1］。Origin是一款常用的数据分析和绘图软件，它具有强大的科技绘图能力，且界面简洁，无需编程，输入数据就能很好地完成计算、统计和数据拟合的功能［2］。

1 实验原理

金属的电阻R随温度t上升而增加，经验公式如下［3］：

此处t为金属温度，Rt与R0分别是t和0℃时金属的电阻值，α、β称为电阻温度系数。对于纯电阻，β一般很小，温度不太高时，电阻和温度的关系近似为：

2 实验内容及数据处理

2.1 数据采集

实验以铜丝为研究对象，采用QJ44型直流双臂电桥测量铜丝阻值，铜丝放入电烧杯中，注水加热，水中浸入水银温度计测量温度，加热到一定程度，让其自然冷却，降温过程中每隔5℃左右记录温度和相对应的铜丝阻值，数据见表1。

表1 不同温度下铜丝电阻值

2.2 线性拟合

在Origin8.0 Data表格中将表1数据输入，选择温度t为x轴，铜丝阻值Rt为y轴，描点作图，再对数据点进行分析，选择Fit linear即线性拟合，可以得到图1。

图1 铜丝电阻 -温度线性拟合图

产生图示的同时，线性拟合的方程和相关参数也自动生成，见表2。

表2 电阻 -温度线性拟合方程及参数

2.3 多项式拟合

求出了α值已经达到了实验要求，但在实际教学中，为了进一步拓展学生能力，会尝试要求β值的求解。β值又称为二次电阻温度常数［5］，根据公式（1），此时电阻和温度的关系是非线性的，这样的多项式拟合在传统的手工作图中很难完成，但利用Origin软件则可以非常方便地实现。

依然重复3.2的步骤，只是在数据分析时采用Fit Polynomial（多项式拟合），选择Polynomial Order的值为2，这样得到图2。

图2 铜丝电阻 -温度多项式拟合曲线图

多项式拟合的方程和相关参数见表3。

表3 电阻 -温度多项式拟合方程及参数

2.4 讨 论

从上面的数据处理来看，通过二次多项式拟合得到的α值比线性拟合得到的结果略大，与标准值的相对误差也变大了，但都在可接受的范围内，而求出的β值很小，这些都验证了在实验温度区间内金属电阻和温度近似为线性关系的内容，同时训练了学生进行非线性数据拟合的能力。当然，由于实验方法和仪器的限制［6］（比如用水银温度计测温度），如果对数据做更高次方多项式拟合，α值将会出现更大偏差，所以从结果看，线性拟合是最优的选择。这样的一个过程会让学生认识到，在一定实验条件下，数据拟合并不是越贴近理论公式越好，适当地近似是必要的。

3 结 论

与传统的用坐标纸绘图相比，Origin软件高效、精确，可以得到一些常规处理手段无法得到的物理测量值［7］.，尤其是在非线性拟合、曲线绘制和分析等功能上能充分发挥计算机辅助处理数据的优势［8］，方便了学生进一步分析和挖掘数据，进而引导学生进入数据规律的意义和实验方法的讨论中。因此将Origin软件作为常用的数据处理方式引入大学物理实验教学中，可以有效提高学生利用计算机进行数据处理的能力，提升实验教学的质量。

［1］ 刘芬，王爱芳.Origin软件在大学物理实验数据处理中的应用［J］.实验科学与技术，2010，8（1）：19-21.

［2］ 方安平，叶卫平等.Origin8.0实用指南［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［3］ 钱锋，潘人培.大学物理实验［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［4］ 任丽英.测定金属电阻温度系数的方法研究［J］.大学物理实验，2010，23（5）：7-9.

［5］ 李立碑，孙玉福.金属材料物理性能手册［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［6］ 郑曙东，董思远.电阻温度系数实验的不确定度分析［J］.青海大学学报：自然科学版，2010，28（1）：73-76.

［7］ 王晓雄，马天平等.利用Origin处理波尔共振实验数据［J］.大学物理实验，2010，23（2）：66-68.

［8］ 李锦文，吴先球，熊建文.利用Origin软件对大学物理实验数据进行曲线分析的两个实例［J］.大学物理实验，2010，23（5）：74-76.

Processing the Experiment Data of Measuring Temperature Coefficient of Metallic Resistance with Origin

DING Dong1，PU Xing-ting2

（1.Nanjing Agricultural University，Nanjing 210031；2.Nanjing Forestry University，Nanjing 210037）

This paper mainly introduces how to use Origin to process the experiment data of measuring temperature coefficient of metallic resistance，and shows the advantages of introduction of this software to college physical experiment teaching as an available method of data processing by using the linear fitting and polynomial fitting method.

origin software；date processing；temperature coefficient of resistance

O4-33

A

1007-2934（2011）06-0059-02

2011-06-13