得线性回归方程：Y=-22215x+1.079
所以U。=-22215÷（-5.04*1.0e3）=4.41V " 误差：E=（4.41-4.54）÷4.54×100﹪=2.86%
第二篇：金属电子逸出功测定实验数据处理系统
!6!
实验科学与技术20xx年6月
金属电子逸出功测定实验数据处理系统
陈玉林,徐?飞,丁留贯,张雅男
(南京信息工程大学物理实验教学中心,南京?210044)
摘要:大学物理实验教学中存在着繁杂的数据处理问题,结合Excel软件的特点和优势,文章介绍了利用Excel2003建立金属电子逸出功测定实验数据处理系统。实践表明,用Excel软件处理大学物理实验数据具有快捷、直观、简易的优点,掌握它能有效提高学生物理实验数据处理能力。
关?键?词:Excel软件;金属电子逸出功;数据处理中图分类号:TP274;O48??文献标识码:
B??文章编号:1672-4550(2008)03-0006-03
BuildingDataProcessingSystemofMetal
ElectricWorkFunctionExperiment
CHENYu?lin,XUFe,iDINGLiu?guan,ZHANGYa?nan
(TeachingCenterofPhysicsExperiment,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing?210044,China)
Abstract:Complicateddataprocessingproblemsexistincollegephysicsexperimentteaching.Combiningwiththecharacteristicsand
advantagesofExcel,thepaperintroduceshowtouseExcel2003tobuildthedataprocessingsystemofmetalelectricworkfunctionex?periment.TheapplicationshowsthatadoptingExcelincollegephysicsexperimentdataprocessinghastheadvantagesofrapidity,alizationandsimplicity.Withsuchskills,studentscangreatlyimprovetheirabilityofdataprocessing.Keywords:Exce;lmetalelectricworkfunction;
dataprocessing
visu?
1?引?言
?金属电子逸出功的测定 实验是用来测量金属钨的电子逸出功,在数据处理和实验测量方法上有普遍的意义,是理工科学生实验课程中的一个重要实验。在国外,多数高等学校均开设此实验。但该实验数据采集量较大,一般对5个不同温度值需采集40组电压和电流值,进行6次直线拟合,计算公式十分繁琐,数据处理起来也比较困难,因而人们经常采用计算机来建立实验数据处理系统。
用计算机建立实验数据系统通常要求掌握一门以上计算机语言,如Matlab、Mathematica和VB等,而大学物理实验大多数在一年级开设,学生刚刚接触计算机,还不具备用计算机处理数据的能力,用它们来处理实验数据非常困难。通过反复实践和研究,笔者在众多的计算应用软件中发现Ex?cel最擅长这项工作,学生无需精通计算机编程,
收稿日期:2007-11-07;修改日期:2008-01-09
基金项目:南京信息工程大学教学建设与改革四期工程资
助项目07JY0119和07JC0002联合资助。作者简介:陈玉林(1971-),男,副教授,硕士,主任,
只要学会Windows和Office的一些基本操作,再通过Excel软件的帮助说明,就基本会用它来处理实验数据。
[1]
2?实验原理简述
根据固体物理学中金属电子理论,金属中的传导电子能量分布按费米-狄拉克能量分布,即
E-EFf(E)==(2m)2E2exp()+(1)
dEhkT式中,EF是费米能级。
将被测的金属材料制成理想二极管的灯丝,通
以电流加热时就有热电子发射。根据费米-狄拉克能量分布公式(1),可以导出热电子发射的里查孙-热西曼公式:
I=ASTexp(-2
e?)kT
(2)
式中,I是热电子发射的电流强度,单位为A;A是和阴极表面化学纯度有关的系数,单位为A!m!K;S是阴极的有效发射面积,单位为m;T为发射热电子的阴极的绝对温度,单位为K;k是玻尔兹曼常数(k=1?38?10子的逸出电位。
-23
-2
-2
2
J!K
-1
);?为电
第6卷?第3期
2
ExperimentScience&Technology
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和S的测量。将式(2)两边除以T,再取对数得:Ie?31
AS-=lgAS-5?04?10?(3)2=lg2?30kTTT
I1I
从式(3)可见,lg与lgTTTlg纵坐标,
为横坐标作图,从所得直线的斜率即可T
(2)对其余阳极电压下数值的计算利用鼠标的拖曳功能来实现,即将鼠标指向B12单元格填充句柄(当前单元格矩形框右下角实点),此时鼠标变为?+ 号,按住鼠标左键,向下(也可以是向上、
[2]
左或右)拖动即得。
求出电子的逸出电位?,再求出电子的逸出功e?。式(3)中I为在一定温度下加速电场为零时纯粹的热电子发射电流,称零场电流,可以从加速电场外延法求出。
3?实验数据处理系统的建立
3?1?原始数据的输入
原始数据的输入非常方便,只要用鼠标点击,就可以选中相应的单元格,然后直接输入数据,并进行文字处理。在输入数据时,为了不失有效数字,先用鼠标选定要输入数字的单元格,再单击鼠标右键快捷方式,选择?数字 页面,点击数值选项,在小数位数选择框中输入要设定的位数。
图1为一定温度下对应每一灯丝电流If,在阳极上加25,36,49,#,144V电压Ua,各测出一组阳极电流Ia的Excel表格。其中深灰色区域为
输入的原始数据。
图2?热电子电流的对数值示意图
2)利用Excel2003插入图形的功能,根据图2数据作出lgIa~Ua图线。操作如下:(1)点击工具栏中插入?图表向导 选项,出现图表向导对话框;
(2)在?图表类型 窗口中选择第5种,即?XY散点图 ,在?子图表类型 中选择左下角的?折线散点图 ;(3)点击?下一步 按钮,出现图表源数据对话框,在?数据区域 空白处用鼠标选择?B11:
I16 ,可预览图线的形状;(4)点击?下
一步 按钮,出现?图表选项 对话框,有5个选项卡,在?标题 卡的?图表标题 窗口中输入?lgIa~sqrt(Ua)关系图 ,在x轴窗口中输入?sqrt(Ua) ,在y轴窗口中输入?lgIa ,选中网格线选项的全部4项,单击下一步。图表标题、坐标轴名称可通过图生成后插入文本框来添加;(5)点击?完成 按钮,至此实验数据点就在图表上描绘出来了。再通过添加趋势线,在类型中选择线性类,在选项中选中复选框?显示公式 和?显示R平方值 ,单击确定。一条线性回归拟合线和对应的直线方程就显示
图1?一定温度、不同电压下的热电子电流示意图
出来了,再修改坐标、图形、网格线的比例、颜色、大小等(均可用鼠标右键点击所需修改的项目来实现)就可以得到满意的效果。方程同时也显示了各温度下的零场电流截距即lgI(截距也可通过Excel中的INTERCEPT函数来实现)。
3)使用Excel2003中的INTERCEPT函数,计算出不同灯丝温度时的零场电流值lgI及其换算值,如图3所示。具体操作如下:
(1)用鼠标选
定B41单元格,并输入公式?=INTERCEPT(B12:I12,B11:I11) 后回车,将自动计算出该灯丝温
3?2?数据处理
1)使用Excel2003求对数函数lg(x)将图1数据的阳极电流Ia换算成图2所示的热电子电流的
对数值。具体操作如下:(1)先用鼠标选定B12单元格,并输入公式?=LOG10(B4/1000) 后回车,将自动计算出该阳极电压下的热电子电流的对数值。对数值的计算也可在选中B12单元格时单击工具栏中插入函数,在弹出对话框中选择?数学与三角函数 类别中的?LOG10 函数来实现。
第6卷?第3期ExperimentScience&Technology
!93!
触,而使用这些技术产品也是理解技术原理的最好学习方法。
(5)协议源代码是理解网络协议原理的最好实例。互联网上很容易找到BSDUnixorLinux下TCP/IP协议源代码,对于学习兴趣浓厚、求知欲强烈的学生完全可以鼓励他们选择性的阅读TCP/IP协议源代码。
(6)RFC文档是公开的最权威、最详尽的网络协议参考资料。有关计算机网络的教材和著作对计算机网络协议的描述难免有不祥,甚至错误之处,应该鼓励学生根据需要查考RFC文档。
(7)仿真工具可以让学生学会研究和探索。例如像OPNET这样的网络仿真工具软件,可以帮助有探索能力的学生仿真模拟一些复杂的原理实现,从而让学生成为研究性、创新人才。
为核心、扩展课程为拓展的、层次化的计算机网络课程群教学体系。计算机网络课程群中各门课程教学手段、方法和资源的研究和建设还有待我们进一步深入细致的展开。
参考文献
[1]?KeithW?Ross,JamesF?Kurose?计算机网络:自顶向
下方法与因特网特色[M]?3版?机械工业出版社,2005?
[2]?JeannaMatthews?计算机网络实验教程,人民邮电出版社,2006?[3]?Lankewicz,LindaB?ResourcesforTeachingComputer
Networks[A]?PoceedingsoftheConferenceonIntegra?tingTechnologyintoComputerScienceEducation[C]//Atlanta:ACM,1998:112-116?[4]?Ekong,
DonaldU?Teachingcomputernetworkingusing
opnetinwindowsandunixenvironments[J]?ComputersinEducationJourma,l2007,17(2):58-65?
[5]?Sarkar,NurulI?TeachingComputerNetworkingFunda?
mentalsUsingPracticalLaboratoryExercises[J]?IEEE
TransactionsonEducation,2006,49(2):285-291?
5?结?论
论文结合电子科技大学计算机网络四川省精品课程的建设经验,尝试性地提出一种计算机学科中以信息安全专业建设为特色定位,以基础概念原理(上接第7页)
度时的零场电流值lgI;
(2)再用鼠标选定B42单
数据处理,只需要按要求输入原始数据,马上就可以得到最后的实验结果以及中间和最后的误差量,教师也可以得知每名学生的实验情况。当发现不合理的数据时,可以立即帮助分析,指出其错误的原因,使学生大大加强了对实验的理解与掌握。另一方面,利用计算机处理实验数据,不但提高了学生计算机应用能力,也培养了学生对所学知识的综合运用素养,对培养学生学习兴趣和数据处理能力很有帮助。
EXCEL集数据的编辑、整理、统计分析、图表绘制于一身,它的数据处理能力和操作的简易性已越
元格,并输入公式?=B41-2*LOG(B40*1000)
I
后回车,将自动计算出lg的换算值;(3)其余
T
单元格中的数据利用鼠标的拖曳功能得到。
图3?不同灯丝温度时的零场电流值及其换算值示意图
4)数据处理方法与第2)步相同,利用EX?CEL2003中插入图形功能,得到以lg
为y轴,以T
来越为大家所接受。物理实验计算机数据处理系统的开发使用,对提高物理实验现代化教学手段的使用程度,提高实验教学质量有积极作用。今后,我们还准备再增加用Excel处理数据的实验个数,使系统进一步完善。
参考文献
[1]?钱峰,潘人培?大学物理实验[M]?北京:高等教育
出版社,出版社,
2006?2001?
[2]?于洪彦?Excel统计分析与决策[M]?北京:高等教育[3]?万伟?用Excel处理物理实验数据[J]?实验科学与技
术,2005,12(4):73?
[3]
1I1
为x轴的lg2~关系图。方程直接显示其斜TTT
率,也可使用EXCEL2003中的求斜率函数SLOPE函数,计算出直线斜率m=-22674,即可求出电子逸出功e?。
4?使用效果
学生做完实验以后,使用该数据处理系统进行