Origin软件在普朗克常数测定实验数据处理中的应用

【摘 要】本文以普朗克常数测定的实验为例，介绍了Origin软件在物理实验作图以及数据处理过程中的应用，详细介绍了Origin软件的作图和线性拟合功能。结果表明，使用该软件处理物理实验数据简单快捷准确，能够有效避免学生作图和计算过程中的误差，适合在物理实验教学中推广。

【关键词】普朗克常数；光电效应；origin软件

1.引言

物理实验是理工科院校学生进行科学实验训练的一门基础课程，通过物理实验课程可以提高学生观察和分析实验现象的科学实验能力，掌握物理量的测量方法，加深对物理学原理的理解。普朗克常数约为h=6.626×10-34 J・s，它的存在划分了经典物理与量子物理，并在宏观世界和微观世界之间架起了桥梁[1]，因此测定普朗克常数是近代物理中不可缺少的一项实验内容。通过普朗克常数测定实验，可以了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。它的实验数据一般采用坐标纸手工作图求直线斜率来处理，也可以利用最小二乘法来处理。

随着科技的发展，大量的实验数据和图像都可以通过计算机应用软件进行分析和处理。Origin就是一款应用广泛的数据分析和图像绘制工具软件，它由OriginLab公司所研发，简单易学、操作灵活、功能强大，既可以满足一般用户的制图要求，也可以满足高级用户数据分析、函数拟合的需求[2，3]。利用Origin软件辅助处理物理实验数据，可以减轻学生复杂计算和作图的负担，提高实验教学效果，而且为学生后续数据处理能力的培养奠定了基础。

本文以“普朗克常数测定”实验为例，介绍Origin软件在物理实验数据处理中的基本应用，使用Origin软件能够快速、精准地处理与分析实验数据。

2.普朗克常数测定实验

2.1 实验原理

入射光照射到光电管阴极K上，金属中的电子能够吸收整个光子的能量从而克服金属表面的吸引力逸出金属表面，剩余的能量就成为电子离开金属表面后的动能。根据能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：，其中A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。金属产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移构成光电流，通过改变外加电压，可以测出光电流的大小。由于逸出的光电子具有一定的动能，即使阳极电位低于阴极电位，仍会有光电流产生。当阳极的负电位增大到某一值时，使动能最大的光电子刚好不能克服减速电场到达阳极，光电流降为零，此时满足关系式，其中称为截止电压。结合光电效应方程，可以得到。它表明截止电压是频率的线性函数，直线斜率。只要通过实验测得不同入射光频率所对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数。

2.2 实验过程

实验采用ZKY-GD-4智能光电效应实验仪，首先将汞灯预热20分钟，调整光电管与汞灯的距离为40 cm，“电流量程”开关处于10-13A档，“伏安特性/截止电压测试”状态键为截止电压测试状态。在测试前需要调零，然后进行调零确认。将直径4 mm的光阑及365.0 nm的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖采用“手动”模式进行测量，记录电流为零时对应的UAK的绝对值即截止电压。依次换上404.7 nm，435.8 nm，546.1 nm和577.0 nm的滤色片重复测量。

2.3 实验数据

本实验原始数据来源于教师的备课，如表1所示。

3. Origin软件处理实验数据

打开Origin8.0，点击菜单栏中的File命令，选择Newworkbook，程序会新建一个Book1，把波长和截止电压数据分别输入到A（X）和B（Y）列中。为了作出截止电压随入射光频率变化的关系曲线，需要把波长值转化成频率数值。根据，选中A（X）列并点击右键，在下拉菜单中选择Set Column Values，此时会弹出一个对话框，输入Col（A）=3e8/Col（A），然后点击OK，A（X）列的光波长值就转化成了对应的光频率数值。全部选中这两列数据，单击右键选择PlotSymbolScatter，就出现了如图1所示的数据点，它只是简单的把实验原始数据用点表示出来，可见这些点并不完全在一条直线上。选择菜单命令AnalysisFittingFit Linear，打开线性拟合对话框，点击OK，即可完成对散点的线性拟合[2]，图2中的直线即为线性拟合曲线。从图中可以看出，只有最初的两个数据点与线性拟合直线稍有偏离，其它数据点与拟合直线符合很好。

Origin软件也会直接将拟合参数显示出来，如表2所示。从表中可见，拟合直线的斜率 J・s/C，由此可求得普朗克常数J・s。与普朗克常数的标准值相比，相对误差

测量的相对误差较小，在误差允许的范围内，测量结果比较理想。

4.结论

本文以普朗克常数测定实验为例，介绍了如何利用Origin软件作图与分析处理实验数据。Origin软件的功能非常强大，所介绍的只是Origin最简单最普遍的应用。图线绘制和拟合的功能能够提高学生处理实验数据的兴趣，使学生从繁杂的数据计算过程中解脱出来同时避免了手工作图及计算造成的误差，将精力集中在对物理原理的理解上，达到了快速、准确地处理实验数据的目的。Origin软件的优势尤其体现在大量实验数据的处理上，因此非常有必要推广它在物理实验中的应用。

参考文献：

[1]张郡亮. 普朗克常数及其物理意义[J]. 大学时代，2006，（10）：87-88.

[2]谢祖芳. 用Origin处理溶液表面张力实验数据[J]. 中国现代教育装备，2007，（3）：50-51.

[3]丁雨薇，沙乐乐，张润等. Origin软件在物理实验数据处理中的应用[J]. 实验室科学，2011，14（1）：95-96.

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

作者简介：

王卓（1983-），女，讲师，从事大学物理教学以及离子与固体相互作用研究。