基于MATLAB的实验数据处理实例分析.pdf

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1、基于M A T L A B 的实验数据处理实例分析代红权赵杰陈海燕(长江大学物理科学与技术学院湖北荆州4 3 4 0 2 3)隋要l 本丈以线式电势差讦测电动势实验，先电管特牲的研究实验的数据处理为俐，介绍物t l a h 在物理实验数据处理中的应用，显示了地l】a b 处理物理实验敷捂的优越挫。f 关键词lM a tl a b；数据处理；测电动势：光电管特性C a s eA n a l y s i sF o rE x p e r i m e n tD a t aP r o c e s s i n go nM a t l a bD a iH o n g q u a n，Z h a oJ i e

2、，C h e nH a i y a n(S c h o o lo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fP h y s i c s Y a n g t z eU n i v e r s i t y,H u b e iJ i n g Z h o u4 3 4 0 2 3)A b s t r a c t：T h ep a p e ri n t r o d u o et h ea p p l i c a t i o no fM a t l a bi np h y s i c a le x p a n m e n td a t ap r o c e s s

3、i n gt h r o u g ht a k i n gt h ee x a m p l e so fd a t ap r o c e s so fu s i n gl i n e a rp o t e n t i o m e t e rt om e a s u r ee l e c t r o r n o t J v ef o r c ea n ds t u d y0 4 3t h ec h a r a c t e r i s t i co fp h o 蛐b o T h er e s u l t ss h o wt h ea d v a n t a g eo fM A T L A Bi

4、nd e a l i n gp h y s i c a le x p e r i m e n td a t a K e yw o r d s：M a t l a b；d a t ap r o c e s s i n g；m e a s u r i n ge l e c t r o m o t i v ef o r c e；c h a r a c t e r i s t i co fp h o t o t u b eM A T L A B 是一种具有强大数据处理能力的科技应用软件，它具有编程简单直观、用户界面友好、开放性强等优点【1 I。用M A T L A B编程处理物理实验数据，能大大加速数

5、据处理过程。木文介绍利用M a t l a b 6，1 对线式电势差计测电动势实验、光电管特性的研究实验的数据进行处理，对处理进行了适当的讨论，显示了M a t l a b 处理物理实验数据的强大性、优越性。1 用线式电势差计测电动势实验数据处理分析1 1 数学模型的建立实验中是用补偿法测量待测电动势。已知标准电池电动势，并保持工作电流不变时，由公式【2】：即扛这样，只需要测出对标准电池和待测电池分别补偿状态下对应的电阻丝长度，便可以求出待测电动势的大小。1 2 示例程序单次测量估算LI X=I 4 6 10 18 4；m=1 0 1 8 4 1 60：x=1 82 5 1 2 82 3 0

6、48 2 4 7 2 8 2 3 1 48 2 3 9 9 ；b a r x=m e a n(x)；e x=b a r x+m计算待测电动势u _ x=s t d(x)s q r t(1 e n g t h(x)；计算x 的A 类不确定度d e l t a=00 0 2 s q r t(3)；定义B 类不确定度常量c u x=s q r t(u x“2+(d e l t a+b a r 一)2)：计算x 的合成不确定度c u _ e x=e x s q r t(c u _ x b a L x Y 2+d e 怕2+促e 一5 1 0 1 8 4)2)总不确定度运行结果为：e x=1 3 9 8

7、 6c u e x=0 0 0 2 8说明：考虑电势差使用的电阻丝复绕在1 1 个接线柱上，估计每米误差0 0 0 2 m，且误差为均匀分布，则A=O 0 0 2 L 以。同时考虑标准电池在工作温度为0 4 0，范围内的最大误差不超过5 0uV，即口=4 0 x 1 0。按正态分布处理，有U E s=4 O x l 0 一硇=2 x 1 0。5(V)。2 光电管特性的研究实验数据处理分析2 1 数学模型的建立由爱因斯坦的光量子理论，光电效应是光子与电子碰撞，光子把全部能量h v 传给电子，电子获得能量，一部分用来克服金属表面对它的束缚，另一部分为该电子逸出金属表面后的动能。根据能量守恒有：h

8、v=妻m，o+驴(2-1)1)其中h 为普朗克常量，j”o 的光电子逸出表面后具有的最大动能，W 为电子的逸出功(对某种金属为一常数)，v 为入射光的频率。当加速电斥增加到一定值后，光电流不在增加，这是因为在一定光照度下单位时间内所产牛的光子数目一定，而且这些电子在电场的作用下已全部射向阳极，从而达到饱和。此时的光电流称饱和光电流，用I。表示。对于不同的光强，饱和光电流I。与入射光强J 成正比。应用一维样条插值法(s p l i n e)，在认定所给出的基准数据后，绘出一组数据所组成的光滑曲线，接着采用了数据的拟合。2 2 示例程序u=2 0 01 8 01 6 01 4 01 2 08 06

9、 0 4 02 000 0 5 1：i 1=【80 07 9 879 87 9 67 6 77 1 96 2 5 49 928 40 3 40 0 0 l：i 2=【23 823 82 3 8 2 3 62 3 62 3 02 1 21 8 2 1 3 00 1 90 0 0 l：U=-05：0 0 1：2 0；采样t l=i n t e r p ll u，i l，U，s p l i n e)：对i 1 进行样条括值t 2=i n t e r p l(u，i 2 U，s p l i n e)：对i 2 进行样条插值p l o t(u，i i，+r，u，i 2，+g。，U，t l。曲。U，t 2

10、。k)；g r i do n 绘出原有数据点和插值曲线x l a b e l(。U V 1)；y l a b e l(I u A)：坐标标注l e g e n d(1 原始数据卜原始数据2 1，。拟合曲线r 拟合曲线2)：曲线标注运行以后结果如图1 所示。图1 伏安特性插值曲线2 3 处理结果的比较接下米进一步研究伏安曲线特性和M A T L A B 存插值和拟合方面的特点，采取5 阶多项式曲线拟合后的结果如图2 示，可以看出拟合的曲线并不经过原始数据点，而插值的曲线完全经过数据点。多项式曲线拟合源程序如下：u=1 2 001 8 01 601 4 01 2 08 06 0 4 0 2 000

11、-0 5 hi 1=f 8o o79 87 9 879 67 6 77 1 96 2 5 4 9 928 4 0 3 400 0 1；i 2=【2 3 8 2 3 8 2 3 8 2 3 6 2 3 6 2 3 0 2 1 2 1 艘1 3 0 0 1 9 0 0 0】：(下转2 1 l 页)万方数据存、1 6 0 G 硬盘、D V D 刻录、多媒体音箱等，同时带有可设置多种操作系统分暖和启动，有网络同传和还原保护能力的硬盘还原卡。所用的服务器选择的是浪潮英信服务器，配置情况为P 4 30 双C P U、2 G 内存、一个3 6 G 的S C S I 硬盘加一个2 0 0 G 的I D E 硬

12、盘，带R A I D5 磁盘阵列。2 1 2 服务器及工作站电脑软件的安装服务器操作系统安装W m d o w s2 0 0 3S e r v e r 版，安装S Q LS e r v e r数据库及代理服务器软件等。P C 工作站操作系统安装W i n d o w sX PP r o f e s s i o n a l 及W i n d o w s2 0 0 0 系列P r o f e s s i o n a l 版，通过还原卡设置多重启动菜单，进入不同的操作系统：安装各种设备的驱动程序、配套软件。如安装扫描仪驱动程序后，还安装相应的图形图像软件及O C R软件：其它常用软件。如办公软件、图

13、形图像软件、三维动画软件、多媒体制作软件、刻录软件及其他一些工具软件等。整个网络安装网络教室多媒体教学软件。2 2 常用办公信息设备的选择及其安装、调试和使用当今的府用于办公的信息设备很多，侗我们选取用于电脑文秘专业教学的常用的办公信息设备一般都具有普遍性。(1)传真机及其安装、调试和使用选择最方便、成本最低的热敏传真机。计学生掌握传真机的安装、设置，以及收发传真，临时府急做简易复印机的使用等。如果条件许可，可以选择还能直接与电脑连接，将数码文档发送与接受传真的传真机。(2)扫描仪及其安装、调试和使用选择能适府F I 常办公能力的普通扫描仪。要求学牛掌樨扫描仪安装、使用和基本的维护等。此外，还

14、要对与扫描仪有关的软件自较好掌握，如配套的图形处珲软件和O C R 软件等。(3)复印机及萁安装、调试和使用选择能适应口常办公的数码复印机。要求学生掌樨数码复印机的安装、使用和摹本维护。我们选择带打印接口的数码复印机，这样的数码复印机又同时能用作激光打印机。(4)打印机及其安装、调试和使用选择常用的针式、喷墨、激光打印机。要求学牛掌揖它们的安装、连接和应用。如打印机在局域网环境下的共享设置，针式打印机色带的更换、喷黑打印机的加墨水及墨盒的更换，激光打印机的加墨粉、墨粉盒和硒鼓的更换等。(5)数码相机、摄像机及其安装、调试和使用选择常用数码相机和家用摄像机。要求学生掌握它们的安装、使用和日常维护

15、。如与电脑的连接，利用办常用软件进行相片及摄像的后期处理，利用刻录机和软件制作相册和V C D、D V D 等能力。(6)其它常用办公没备等。2 3 常用基础网络设备的选择及其安装、调试和使用当今的网络l 殳备很多，但我们选取用于基于组建中小型网络设备为主。(1)皋础制线及测试工具的选择和使用这蝤常用工具包括水晶头制作工具、普通网线测试仪等。学习制作网线的三种连接方式(直连线、交叉线和反转线)及不同的作用场合，机房一般布线，用网线测试仪测试网线等。(2)集线器及普通交换机及其安装、连接和基础府用选择普通集线器和交换机进行学习，实训。要求学习掌握集线器、普通交换机原珲、不同的连接方式及应用，在小

16、犁网络中的安装、延伸和扩展等能力。(3)小犁有线及无线路由器及其安装、设置和摹础应用选择中小犁自线无线路由器。包括这二种路由器的D N S 设置、动态与固定I P 地址设置及共享I m e m mj 网设置有线，无线嘲卡的安装、设置等。(4)小犁局域嘲及其安装、调试和摹础应用以P C 为工作站平台，利用网线、集线器，普通交换机及小型有线、无线路由器构绢建成小型局域网络。在局域网内进行各种小型基础应用的安装、设置和应用。如W m d o w s 环境下的局域网的配置与管珲：W i n d o w s 环境下的T C P I P 服务的配置与管理等。这种小犁局域网技术即适合于中小型企事业单传办公实

17、用环境，也适用于家庭网络的使用等。3 实验室设备的分布及网络拓扑示意图我们选择的常用办公信息设备，传真机、胶印机等没有基于P C 或网络府用能力，相对集中管理。其它有P C 或网络功能的都连接在各个P C 工作站上，通过P CF 的有线或无线网卡，接八局域网。以下是实验室网络结构及没备连接示意图。说明：该局域网构建存百兆以太网环境下，各个P C 工作站一般连接一至二台办公信息设备，其中一台连接投影仪，作为教师机使用。这台投影仪即是教学设备，又可以让学牛学习投影仪的安装连接及设置等。需要接k,I n t e r n e t 时，只要打开有线路由、无线路由或代理服务器之一即可，并在相应接入方式下，

18、学习各种设备的安装、调试和使用等。当无线路由打开时，需要关闭以上示意图中的“局域网二级交换机”。此时，整个局域网分为二种接入方式，一种是通过无线路由器的有线端口，另一种是通过无线功能接入。具有无线接入的P C 工作站，要求即带普通网卡，也带无线网卡。4 结束语电脑文秘专业实验章的建设是一个探索的过程，如何更科学合理地构建，还有等待存实践中进行一步摸索。我们按以上方案构建的电脑文秘专业的实验窜，即可以满足电脑文秘专业的摹本的实训实验的要求，同时也可以作为普通机房使用，还可以在学校或其他部门F I 常办公信息设备处理能力不足时，提供各项办公事务的服务。这样的实验室既能为教学服务，又可以为学校的现代

19、化信息化办公提供一个集中综合解决的处理环境。上接2 0 5 页)p l=p o l y f i t(u，i l，5)：p 2=p o l y f I t(u，i 2 5)u l=一5：00 1：2 0：q 1=p o l y v a l(p 1，u 1J：q 2=p o l w a l(p 2 u 1)：p l o t(u 1，q l，一r，u 1 闽2，。一k u，i 1，1 b，U i 2，m)：x l a b e l(数据的三阶多项式拟合线1)：l e g e n d(拟合曲线卜拟合曲线2 1，原始数据1。，1 原始数据2。)从这早可以看出插值与拟合的区别曲线拟合研究如何寻找“平滑”曲线

20、以最好地表现所测量的数据，但是不要求拟合曲线穿过这毡数据点。插值是在认定所给的基j 任数据正确的惰况下，研究如何估算皋准数据点之间的函数值，因此曲线一定穿过原始数据点。每当皋准点外的数据的函数值没法获得，或者得到的代价很高时就可以采用插值技术。图2 伏安特性曲线的拟台从-卜面数据处理实例可看出，用M a t l a b 处理物理实验数据方便实用，可以让学生摆脱传统的枯燥无味的重复计算的苦恼，通过对结果的深入分析，有助于他J f I J B 深对物理实验的理解。参考文献苏晓生掌握M A T L A B 60 及其工手罕应用【M】北京：科学出版朴2 0 0 2 2 l 杨长铭，戴同庆，凌向虎大学物理实验I M I 武汉武汉大学出版社，2 0 0 5万方数据