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Python语言在牛顿环实验数据处理中的应用

更新时间：2019-12-26 19:05:33 大小：1M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

牛顿环实验是大学物理中非常重要的一个实验,但是在实验中需要读取的数据比较多,数据处理的过程很费时间而且容易出错.为此使用Python语言编写了一个图形界面的数据处理程序,分别使用逐差法和绘图法处理实验数据,可以方便地获得最终的计算结果,节省处理数据的时间.并可对结果可视化,帮助理解实验结果.本文采用了一次实验课中对读数显微镜读取的数据作为例子,演示了本程序的使用方法,介绍了数据处理的过程,并且对两种数据处理的方法进行比较.


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Python语言在牛顿环实验数据处理中的应用.pdf 1M

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83  
物理与工程  
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ  
Vol.26 No.4 2016  
语言在牛顿环实验数据处理中的应用  
Pthon  
y
赵昆涛  
（
，
）
063300  
华北理工大学冀唐学院 河北 唐山  
，
摘
要
牛顿环实验是大学物理中非常重要的一个实验 但是在实验中需要读取的数据比较  
，
多 数据处理的过程很费时间而且容易出错 为此使用  
语言编写了一个图形界  
Pthon  
y
.
，
，
面的数据处理程序 分别使用逐差法和绘图法处理实验数据 可以方便地获得最终的  
，
，
计算结果 节省处理数据的时间 并可对结果可视化 帮助理解实验结果 本文采用了  
.
.
，
，
一次实验课中对读数显微镜读取的数据作为例子 演示了本程序的使用方法 介绍了  
，
数据处理的过程 并且对两种数据处理的方法进行比较  
.
； ；  
牛顿环 数据处理  
Pthon  
y
关键词  
APPLICATIONOFPYTHONINDATAPROCESSINGIN  
NEWTON’SRINGSEXPERIMENT  
ZhaoKuntao  
（
，
，
，
）
JitanColleeNorthChinaUniversitofScienceandTechnolo Tanshan Hebei063300  
g g gy g  
y
Abstract Newton’srinsexerimentoccuiesanimortantositionincolleehsicscourse.  
g p p p gpy  
p
，
Buttherearealarenumberofexerimentaldatatoberocessed whichistime-consumin  
g
g
p
p
，
（ ）  
andver ronetoerror.Thereforeauser-friendl rahicaluserinterface GUIdataro-  
yp ygp  
p
cessin rorambasedonPthonisdeveloedusinthesuccessiveminusmethodandthema-  
gpg p g  
y
p
，
in methodtoetthefinalresultseasilandsavethetimefordatarocessin.Furthermore  
pg p g  
g
y
，
theresultscanbevisualizedtohelunderstandtheexerimentalresults.Inthisaerusin  
pp g  
p
p
，
p
therealdatafromthereadin microscoeinanexerimentcourseasanexamlewedemon-  
g
p
p
，
，
stratetheuseoftheroramintroducetherocessofdatarocessin andcomarethetwo  
pg p g  
p
p
kindsofdatarocessin methods.  
p g  
；
；
Ke words PthonNewton’srinsdatarocessin  
g p g  
y
y
［ ］  
1-3  
，
:
牛顿环最早被牛顿所发现 是一种典型的光  
透镜的曲率半径  
R
的等厚干涉现象 将一块曲率半径很大的平凸透  
.
D2m D2  
-
n
（）  
1
R
=
（ ）  
4m nλ  
-
，
，
镜凸面放在一块玻璃平板上 用单色光照射 就可  
，
该实验需要测量几十个读数 还需要计算出  
，
以观察到一些明暗相间的同心圆环 并且距离圆  
，
（） ，  
相应环的直径 并代入式  
计算 面对如此大的  
1
，
心越远圆环越窄 这些圆环就是牛顿环  
.
，
，
计算量 无论是手算还是使用计算器都很繁琐 难  
，
牛顿环实验是大学物理必做的光学实验 通  
，
免会出错 进而影响物理实验的学习效果 为此设  
.
，
过测量牛顿环的直径 利用逐差法可以计算平凸  
:
收稿日期  
2015-09-03  
， ， ，  
男 助教 主要从事大学物理实验教学和科研工作  
.kt.zhao@mail.com  
:
作者简介 赵昆涛  
g
:
［］ ， ， （）: ，  
物理与工程  
J. 2016264 83-8591.  
引文格式 赵昆涛  
语言在牛顿环实验数据处理中的应用  
.Pthon  
y
84  
物理与工程  
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ  
Vol.26 No.4 2016  
，
计了一个基于  
的图形界面数据处理程序  
是
中用于科学计算的基本模  
NumP Pthon  
y y  
Pthon  
y
，
，
块 它可 以 提 供 强 大 的  
N
， /  
维 数 组 对 象 继 承  
只要将读出的数据填入对应表格 点击按钮即可  
C
， ，  
代码工具 具有线性代数 傅里叶  
C++ Fortran  
快速计算出所需结果  
和
.
，
，
变换 以及随机数等多种工具包 能保证足够快的  
软件介绍  
计算速度  
1
.
、 、 、  
包含线性代数 积分 插值 特殊函数  
、
SciP  
y
，
在众 多 编 程 语 言 中 之 所 以 使 用  
编
、
，
统计 常微分方程求解等工具包 可以进行高效的  
Pthon  
y
，
写 是因为  
作为一种跨平台的高级编程语  
科学计算  
Pthon  
y
.
，
言 既具备了传统编程语言功能强大的特点又不  
，
最常用的二维绘图库  
是
Matlotlib Pthon  
p
y
，
失脚本语言的简单易用 使它一直稳居编程语言  
可以生成多种格式的高质量图表  
.
排行榜前 列 同 时 提 供 了 丰 富 的 标 准 库  
. Pthon  
y
［ ］  
4-7  
（ ）  
模 块 来 实 现 各 种 功 能  
本 文 中 主 要 是 以  
图形界面设计  
.
2
，
模块设计图形用户界面 用  
模块和  
NumP  
y
PQt  
y
［］  
2
，
模块进行相关计算 用  
模块可视  
，
，
参照文献 中的表格 设计出图形界面 其中  
SciP  
matlotlib  
p
y
化处理结果  
，
m
，
环 界面设  
18～27  
环取第  
至
环
环取第  
.
n 8 17  
是一组与  
PQt  
y
绑定的  
应用程序  
计效果如图 用户可以直接在空格处填写相应的  
1.  
Pthon  
y
Qt  
，
，
框架 包含六百多个类 广泛用于图形用户界面的  
，
读数 也可以点击导入数据按钮导入特定格式的  
，
、
开发 可以运行在包括  
和
数据文件 然后点击计算按钮即可计算牛顿环直  
WindowsMacOS Linux  
.
［］  
8
等多种操作系统平台下  
径和透镜的曲率半径  
.
.
图
图形界面  
1
Ui2 U2  
（）  
2
σ
=
+
j
数据处理及误差分析  
3
其中 类不确定度为  
A
n
1
n 1  
-
2
2
¯
（）  
3
Ui  
R
i
nR  
-
=
（
）
，
数据处理的流程为 首先计算牛顿环的直径  
（）  
计
1
∑
i 1  
=
，
即
，
，
再计算直径平方差 然后按式  
D
X
右
X
左
因为 类不确定度  
无法用统计的方法确  
Uj  
B
，
算平凸透镜凸面的曲率半径 最后计算不确定度  
，
，
定 需要其他信息来估计 所以本程序中只计算了  
类不确定度 最终的计算结果如图  
R
.
由不确定度的定义可得  
A
Uj.  
2.  

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