巧用Excel軟件處理大學物理實驗數據

劉家菊，洪煒寧，錢良存

（安徽農業大學理學院，安徽合肥230036）

巧用Excel軟件處理大學物理實驗數據

劉家菊，洪煒寧，錢良存

（安徽農業大學理學院，安徽合肥230036）

本文利用Excel軟件自身攜帶的函數、格式化操作、快速生成圖表和數據管理等諸項功能，通過兩個具體實驗實例，介紹了Excel軟件在數據處理中的巧妙應用.實踐表明，用Excel軟件處理大學物理實驗數據，具有高效、準確的優點.

Excel；實驗數據；數據處理

常見的大學物理實驗數據處理方法有列表法、作圖法、平均法、逐差法和最小二乘法（線性擬合法）等方法.傳統的做法是利用筆、紙、尺子等工具進行人工計算和作圖，這種做法由于人為的原因勢必對實驗結果帶來誤差，不能客觀真實的反映實驗結果，而且是在數據量較少的情況下完成的，若數據量過大則傳統的數據處理就無能為力[3].

因此，對已有的實驗數據處理方式進行全面革新，利用Excel軟件突出的優點是使用非常方便，不要求學生會編程，只要進行基本的電腦操作，就可以方便地處理數據[2].利用Excel軟件自身攜帶的函數、格式化操作、快速生成圖表和數據管理等諸項功能.查閱相關資料，并針對本校的現狀，分析實驗項目的理論數據，繪制出適合每個實驗項目的Excel數據表格和相應的圖形，以供學生在數據分析時，能夠輕松完成實驗數據處理與分析可能產生誤差的原因.

1 以落球法測液體的粘滯系數實驗為例

利用Excel軟件中提供的函數，對平均值、標準差、不確定度進行計算和誤差分析.

圖1 excel軟件處理數據表

（1）打開Excel2003，在Sheetl工作表，設計數據記錄表格，選中B15：C15單元格，合并單元格，并在此單元格輸入“=AVERAGE(C7:C14)”，計算出小剛球直徑d的平均值.同樣方法，計算出L、t、V、η的平均值.

（2）選中B16：C16單元格，合并單元格，并在此單元格輸入“=STDEVP(C7:C14)”，計算出小剛球直徑d的標準差.同樣方法，計算出L、t的標準差.

（3）在H7輸入“=E7*0.01/G7”，計算出小剛球在待測液體蓖麻油中的速度V，然后將H7復制到H8:H15單元格，計算出相應速度Vi（i=1,2，…8）和的值.

（4）根據η的公式，使用相對地址、絕對地址和函數，在I7輸入“=($H$4-$E$4)*9.8*POWER(C7, 2)*0.000001/(18*(H7*POWER((1+2.4*C7/$C$4),2)))”

（5）根據誤差傳遞公式，使用相對地址、絕對地址和函數，在H16輸入“=$H$15*SQRT(POWER( (D16/$D$15),2)+POWER((F16/$F$15),2))”，在I16輸入“=$I$15*SQRT((POWER((D16/$D$15),2)+POWER ((F16/$F$15),2)+POWER(((2+2.4*$B$15/$C$4)/ (1+2.4*$B$15/$C$4)),2)*POWER((B16/$B$15),2)))”，分別計算出V,η的標準差.

（6）計算不確定度.查閱T分布檢驗法表格，t0.683=1.08，所以計算A類不確定度為t0.683因子乘以標準差.選中B17：C17單元格，合并單元格，并在此單元格輸入“=1.08*B16”，計算出小剛球直徑d的A類不確定度.同樣方法，計算出L、t的A類不確定度.將H16復制到H17，I16復制到I17，計算出V,η的A類不確定度.

學生將直接測量值記入相應的單元格，在（圖1）表格陰影部分單元格內，即可得出相應的數值和誤差值.

2 以利用李薩如圖形測未知的頻率實驗為例

設計測量實驗數據記錄表格，利用Excel軟件圖表生成功能，對測量數據進行分析，繪制實驗數據的坐標圖.

使用示波器觀測李薩如圖形實驗，當兩正弦波信號的頻率比值fx/fy=ny/nx為簡單整數比時，（fx代表CH1通道上正弦波信號的頻率，fy代表CH2通道上正弦波信號的頻率，nx代表李薩如圖形與假想水平線的切點數目，ny代表李薩如圖形與假想垂直線的切點數目），在示波器的熒光屏上將得到穩定的李薩如圖形.

李薩如圖形實際上是一個質點同時在X軸和Y軸上作簡諧運動形成的，每一個點都可以用以下的公式進行表示：Y1=A1sin(B1*X+C1)，Y2=A2sin (B2*X+C2).利用Excel軟件模擬繪制不同頻率比值的李薩如圖形[1].

(1)打開Excel2003，在Sheetl工作表，設計數據記錄表格.

(2)在B2中輸入系數A1的值，當前輸入的初始值“1”，在D2中輸入系數B1的值，當前輸入的初始值“3”，在F2中輸入系數C1的值，當前輸入的初始值“10”；在B3中輸入系數A2的值，當前輸入的初始值“1”，在D3中輸入系數B2的值，當前輸入的初始值“1”，在F3中輸入系數C2的值，當前輸入的初始值“2”.

(4)在A5中輸入“0”，在A6中輸入“=PI()／8+A5”，然后將A6復制到A7：A21單元格.

(5)在B5中輸入“=$B$2*SIN(A5*$D$2+$F $2)”，然后將B5復制到B6：B21單元格.

(6)在C5中輸入“=$B$3*SIN(A5*$D$3+$F $3)”，然后將C5復制到C6：C21單元格.

(7)選擇菜單欄中的“插人”一“圖表”或單擊工具欄中的“圖表向導”，如圖2-6-2圖表向導步驟1中，選擇“XY散點圖”，在子圖表類塾中選擇“平滑線散點圖”，單擊“下一步”.

(8)在圖表向導步驟2中，數據區域中選擇B5：C21單元格.

(9)在圖表向導步驟3中，填人圖表標題、X軸、Y軸，單擊“下一步”.

(10)在圖表向導步驟4中，選擇適當的圖表位置，生成新的工作表或嵌入工作表．如圖（圖2）的李薩如圖形.

圖2 頻率比為1：3的李薩如圖形

將各自的振幅值、角頻率和初相位輸入相應的單元格中（圖二的表格陰影部分單元格），即可模擬出相應的李薩如圖形.

3 意義

計算機軟件融入實驗數據處理的新模式.改變了傳統的實驗數據處理模式，從繁瑣的數據運算中解脫出來，進入零數據運算狀態，真正成為實驗的主角，使學生自主分析數據的能力提升到一個更高的層次，為學生獨立完成實驗，進行數據的實時交互和反饋，實現高效教學，加強學生綜合能力的培養.

利用Excel軟件處理實驗數據，可以消除在處理數據時，人為引入的各種誤差，并能提高數據處理的精確度，按誤差理論要求，高效、準確地處理大量的實驗數據.同時可以彌補物理實驗課時減少的局面.可以縮短學生在課堂上做實驗的時間，使得有的實驗可以在2課時內完成，為多開設實驗項目打下基礎.

〔1〕洪煒寧.大學物理實驗教程[M].北京:中國農業出版社，2012．

〔2〕田睿，田碩.Excel軟件實現物理實驗數據的處理與分析[J].考試周刊，2009（下卷）（35）：179-180.

〔3〕蘭燕娜.Excel在大學物理實驗數據處理中的應用研究[J].赤峰學院學報，2012，26（12）：11-12.

TP317.3

A

1673-260X（2013）12-0017-02