Origin软件在大学物理实验数据处理中的应用

郭阳雪孔祥洪杨 渭陈 瑜

（1上海海洋大学物理实验中心，上海 201306）（2上海海洋大学实验室与设备管理处，上海 201306）

Origin软件在大学物理实验数据处理中的应用

郭阳雪1孔祥洪1杨 渭1陈 瑜2

（1上海海洋大学物理实验中心，上海 201306）（2上海海洋大学实验室与设备管理处，上海 201306）

本文以一实例详细介绍了Origin软件对大学物理实验数据处理的方法，其在处理量大繁多的实验数据时具有强大的功能，与传统的手工处理方法相比，利用该软件可以提高作图精度和减少数据处理误差.

Origin；物理实验；数据处理

1 引言

大学物理实验在培养学生严谨的科学思维和创新能力，培养学生理论联系实际，特别是与科学技术发展相适应的综合能力，以适应科技发展与社会进步对人才的需求方面有着不可替代的作用.大学物理实验数据处理是大学物理实验的一个重要的组成部分，数据处理结果直接影响着对整个实验操作过程正确与否的判断.实验过程中增强和提高学生数据处理能力，培养学生严谨的科学态度，将来能够成为高素质的科研工作者或物理教学工作者［1］.大学物理实验数据处理的基本方法有：作图法、列表法、回归法和逐差法等［2］，尤其是采用作图法对大量数据的处理，用手工方法描点，绘制曲线，不但费时费力，图像粗糙，而且对于误差精度的控制也难以达到预期的效果.随着科学技术的发展和计算机应用的普及，实验数据处理方法的多样化，涌现了大量的数据处理软件.Origin是一款优秀的数据分析和绘图软件，Origin软件具有强大的数据分析功能，包括数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等.本文以一物理实验为例，重点介绍Origin软件在曲线拟合方面的应用［1］.

2 Origin在太阳能电池特性测量实验中的应用

图1为太阳能电池等效电路图，其中，Ish是恒流源；D是P-N结；Rsh是并联电阻［2～6］；Rs是串联电阻；RL是负载；UOC是开路电压；UL是负载电压.当太阳能电池的输出端短路时，即可得到短路电流Ish，图1（a）为太阳能电池接上负载电阻RL，图1（b）为太阳能电池的输出端开路时得到的开路电压UOC，太阳能电池的输出电压和电流将随着负载电阻的变化而变化，硅电池的输出功率也将随着负载电阻的变化而变化.可以利用下式计算.

硅电池负载功率：

通过测量RL的端电压UL及开路电压UOC，便可以算出负载功率及硅电池总输出功率.根据测得的实验数据，在本实验中我们采用Origin软件对数据进行处理，和传统的作图方法相比，整个操作过程简单，便于学生掌握和学习，又可以激发学生的兴趣.

2.1 利用Origin对实验数据的拟合处理

图1 硅电池等效电路图

表1 不同温度T下Isc、UOC的值

表1所示为在不同温度下测得的短路电流Isc和开路电压UOC.首先把表1中的实验数据导入到Origin软件中，Origin支持excel、text等多种数据格式，这里以软件自带的Book录入数据.Book是二维数据，每一列代表一类数据，每一类数据都有long name、units、commen属性，如图2所示，录入了两组数据，分别是T和UL.其中，T的单位是℃，UL的单位是V.选定一列作为x轴，另一列为y轴，打开plot菜单，选中line选项，点击spline命令，软件自动生成一张二维图表，也即拟合出开路电压和温度的曲线及短路电流和温度的曲线，分别如图3和图4所示.

图2 录入数据示例

从图3中看出温度在20℃～60℃时，开路电压随着温度的升高而降低.从图4中看出短路电流随温度的漂移情况，温度在20℃～60℃范围内时，有5%左右温度漂移.

图3 开路电压和温度曲线

2.2 Origin通过数学模型实现曲线拟合功能

与上面生成二维图像过程一样，首先打开Plot菜单，选中line选项，点击spline命令就会自动生成一张图表.由实验测得太阳能电池在一定温度下的负载阻值RL、负载电压UL，根据公式（1）、（2）、（3）计算PL，就可以作出PL－RL关系曲线，如图5所示.

图4 短路电流和温度曲线

图5 PL－RL关系曲线

图5曲线中，在温度T＝31℃时，负载电阻RL＝1280Ω时，负载功率PL最大.2.3 Origin对已知曲线求导数

对图5曲线进行求导，得到功率对负载的变化曲线见图6.具体操作为：将图5导入到Origin软件中，打开analyses菜单，选中 mathematics differentiate选项，然后点击open dialog，出现参数设定界面，如图7所示.选中plot derivative curve选项，点击OK，软件自动生成求导曲线.

图6 对PL－RL求导曲线

图7 对曲线求导操作

由图6曲线可以看出当温度T＝31℃时，RL＞950Ω时导数接近零，负载功率变化较为平稳.

3 结束语

计算机技术的发展，使其在各行各业中的地位越来越重要，它的应用也逐渐渗透到各个领域.大学教学方法正在由传统的教学方式向现代化的教育方向迈进，计算机辅助教学已是现代教育中的发展主流.利用计算机技术进行实验数据处理不仅可以提高效率，还可以有效地减小计算误差，作为物理实验教师，我们有责任去探索和研究，将现代的信息计算应用在物理实验教学中.

［1］ 王平军.实验能力的基本要求［J］.实验室科学，2006，（01）：6～9

［2］ 杨渭，孔祥洪、郭阳雪等.大学物理实验［M］.北京；中国铁道出版社，2010.46～51，156～158

［3］ 任航，叶林.太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究［J］.电力自动化设备，2009，29（10）：112～115

［4］ 廖志凌，阮新波.硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法［J］.电工技术学报，2008，23（5）：88～92

［5］ 查珺，程晓舫，丁金磊等.基于一条I-V曲线提取硅太阳电池参数的一种新方法［J］.太阳能学报，2007 ，28（9）：992～995

APPLICATIONS OF ORIGIN SOFTWARE IN COLLEGE PHYSICS EXPERIMENTAL DATA PROCESSING

Guo Yangxue1Kong Xianghong1Yang Wei1Chen Yu2

（1Physics Experimental Center，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306）
（2Administrative Laboratory of Office and Equipment，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306）

The paper introduces a data processing method of Origin software in college physics experiment with an example.Origin has powerful function of processing massive experiment data.Compared with the traditional manual operation，the mapping precision is improved and the data processing errors are reduced by using Origin software.

Origin；physics experiment；data processing

2011-12-29）

上海市教委上海海洋大学重点课程建设项目（NO.A2600-10-0053，NO.A2600-10-0052）；上海市高校本科教育高地建设项目（NO.B8515-10-0001）.

郭阳雪，女，河南南阳人，讲师，从事物理应用及光电技术.