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数值软件在物理化学实验教学应用① 　　【摘要】本文介绍了数值软件处理在物理化学实验数据中的应用,以物理化学实验为例介绍如何使用数值软件处理实验数据、曲线的计算机拟合等。运用数值软件处理实验数据解决了物理化学实验中的数据多、处理麻烦、手工作图误差大等问题。 　　【关键词】数值软件 数据处理 物理化学实验 　　【中图分类号】O64 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2010)06-0-02 　　 　　1 前言 　　物理化学实验是化学实验学科的一个重要分支,它是借助于物理学的原理、技术和仪器,借助于数学运算工具来研究物系的物理性质、化学性质和化学反应规律的一门科学。物理化学实验就是根据物质的物理现象和化学现象联系入手来探求化学变化基本规律的一门科学,在实验方法上也主要是采用物理学中的方法。比如说:燃烧热测定,它用的就是物理学的量热方法,而精确测定物质的燃烧热就可以求得化学反应的反应热。物理化学实验是物理化学经典理论知识的验证。掌握了实验的基本技能,对加深理解理论课程将起到很大的作用。物理化学实验的操作要比无机化学实验复杂些, 数据处理更是量大而计算繁琐,几乎所有的实验都离不开大量的计算和绘图[1]。 　　化学实验通常是在一定的条件下首先测定体系的一种或几种物理量的大小,然后用计算或作图的方法求得所需的实验结果,并进一步确定各实验变量如温度、压力、浓度、电流、电位等因素之间的相互关系。在物理化学实验中经常会遇到各种类型不同的实验数据,要从这些数据中找到有用的化学信息,得到可靠的结论,就必须对实验数据进行认真的整理和必要的分析和检验。经验告诉我们,数据信息的处理与图形表示在物理化学实验中有着非常重要的地位。实验数据处理软件有许多种,有为一般目的设计的大众化软件,也有为专门目的设计的特殊程序。其中Microcal Origin是常用的计算机数据处理软件。Origin是美国Microcal公司推出的数据分析和绘图软件,备受各国科学和工程技术人员喜爱,被公认为“最快、最灵活、最容易使用的工程绘图软件”。MicrocalOrigin功能强大,有数据分析和图形绘制方面的各种功能[2]。Origin软件中的数据分析包括对数据进行函数计算或输入表达式计算,数据点屏蔽,线性拟合,插值与外推,多项式拟合,非线性曲线拟合,差分等各种完善的数学分析功能。本文主要介绍如何应用数值软件分析物理化学实验各变量之间及变量与测定结果之间的线性关系和非线性关系。 　　 　　2 数据处理 　　物理化学实验中常见的数据处理的方法有: 运用基本公式计算;用实验数据作图;线性拟合,求截距或斜率;非线性曲线拟合。目前学生多用坐标纸手工作图;手工拟合直线,求斜率或截距。这种手工作图的方法不仅费时费力,而且误差较大。物理化学实验数据处理过程一般为:对实验数据作图或对数据经过计算后作图→作数据点的拟合线→求拟合直线的斜率或曲线上某点的切线→根据斜率求物理量。这一过程可以用计算机处理完成,并能克服手工绘图费时费力、偶然性较大、误差大的缺点。 　　物理化学实验中常用的数据处理方法主要有三种: 　　(1)图形分析及公式计算。如“燃烧热的测定”、“反应热量计的应用”、“凝固点降低法测定摩尔质量”、“差热分析”、“离子迁移数的测定――希托夫法”、“极化曲线的测定”、“电导法测定弱电解质的电离常数”、“电泳”、“磁化率的测定”等实验用此方法。对数据进行函数计算或输入表达式计算的操作如下:在工作表中输入实验数据,右击需要计算的数据行顶部,从快捷菜单中选择Set Column Values,在文本框中输入需要的函数、公式和参数,点击OK,即刷新该行的值。函数的极大值、极小值或转折点,在图形上表现得很直观。例如环己烷-乙醇双液系相图确定最低恒沸点(极小值)。 　　(2)用实验数据作图或对实验数据计算后作图,然后线性拟合,由拟合直线的斜率或截距求得需要的参数。如“液体饱和蒸气压的测定”、“氢超电势的测定”、“一级反应――蔗糖的转化”、“丙酮碘化反应速率常数的测定”、“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”、“粘度法测大分子化合物的分子量”、“固体比表面的测定”、“偶极矩的测定”等实验用此方法。线性拟合的操作:绘出散点图,选择Analysis菜单中的Fit Linear或Tools菜单中的Linear Fit,即可对该图形进行线性拟合。结果记录中显示:拟合直线的公式、斜率和截距的值及其误差,相关系数和标准偏差等数据。若因变量与自变量之间有线性关系,那么就应符合下列方程y=ax+b它们的几何图形应为一直线,a是直线的斜率,b是直线在轴上的截距。应用实验数据作图,作一条尽可能联结诸实验点的直线,从直线的斜率和截距便可求得a和b的具体数据,从而得出经验方程。对于因变量与自变量