EXCEL在物理教学中的应用

李雪林

随着课程改革的逐步深入,“注重信息技术与物理课程的整合”已成为课程的设计、编写和实践的基本原则之一,其中EXCEL软件由于普及性高、入门容易、函数丰富、对话界面友好等,备受教材编写者的喜爱。特别是,人教版新课标教材多处介绍了EXCEL在物理中的应用,本文就笔者的教学实践谈几点做法,以期抛砖引玉。

利用EXCEL的作图功能处理实验数据

EXCEL具有强大的作图功能,用来处理实验数据具有其他方式无可比拟的优越性,如在研究自由落体运动时,获得的实测数据如下表所示。

现在我们利用下面表格中数据,研究位移与时间的图像。

分析与操作:

1.在工作表的第一二两行输入数据,选择“插入/图表/图表类型/XY散点图/散点图/完成”作出散点图(如图1所示)。

2.由散点图可知,散点在位于一条曲线上,考虑用多项式函数拟合,右击数据点以选定关显示快捷菜单,选择“添加趋势线”(如图1所示),在六种类型中选择“多项式函数”(如图2所示),在“选项”中勾选“显示公式”(如图3所示)。

3.单击确定得到下图4,同时得到函数关系,对于公式的常数项为什么不为零,可以引导学生进行实验误差分析。

利用EXCEL的函数计算功能突破教学难点

EXCEL有着强大的函数计算功能,除了内置函数还可以自定义函数。利用这些函数可以方便地进行复杂的计算。如《单摆》一节的教学中,难点是单摆的回复力以及对小角度近似处理的理解,即“在摆角很小的情况下,的值可近似看做是等于用弧度表示的值”,为什么可以这么近似,仅靠老师说教是难以令学生信服的,因而这里容易成为教学的难点,如果利用EXCEL数表计算,则可以让学生直观感受这种处理的科学性与合理性。

分析与操作:

1.在第一行(A1:D1)中分别输入“摆角(单位:度)”、“弧度值”、“正弦值”、“前两者差的绝对值”;

2.在单元格A2到A9中分别输入1,2,…,8(单位为度);

3.在B2中输入“”后按回车,然后向下拖动填充柄,直到B9;

4.在C2中输入“”后按回车,然后向下拖动填充柄,直到C9;

5.在D2中输入“”后按回车,然后向下拖动填充柄,直到C9。

结果如下图5所示。

可以看出,当小于等于8度时,两者误差不足千分之五,这么小的误差在中学物理中当然是允许的。由此可见,通过EXCEL的计算功能可以轻而易举地让学生理解单摆小角度处理。

利用EXCEL作图功能促进学生探究能力提高

如《气体的等温变化》教学,通过实验,得到如下数据:

同前所述,利用EXCEL作图功能,可以探究的函数关系。

首先作出图像,得到图6,从图中不能说明压强与体积的准确函数关系,进一步向学生提出问题:由曲线可猜测它们之间可能存在什么样的定量关系?

其次要让学生注意到,用图像探究两个量之间的关系,如果是曲线并不能断定它们之间一定存在什么关系,如上图的曲线中我们不能说压强与体积成反比关系,此曲线可能是抛物线的某一段,还可能是椭圆的某一段,但是可以猜测,它们可能是双曲线一部分,即压强与体积成反比。如何验证猜测呢?即如果它们成反比,则压强与体积的倒数成正比,可以上面的表格中加上一列,利用前面的方法,分别计算出,作出的图象,如图7所示。

然后进一步提出问题,如果成正比,应该通过原点。不通过原点是说明压强与体积的倒数就是一次函数关系,并不是正比例关系,而是实验中的误差所引起的直线不通过坐标原点。这时需要引导学生用所学的理论进行分析。

由此可见,EXCEL作图功能,为学生探究能力的培养,提供了新的平台,同时也减化了较为复杂、枯燥的过程,可以极大地提高了学生探究的兴趣。

利用EXCEL的VBA基本语句展现随机模拟功能,促进学生对知识理解

在所有的Ofice组件中都嵌有新一代标准宏语言VBA,功能十分强大,是理想的随机模拟环境,一是循环语句和随机函数的结合,能够快速生成足够多的随机数,从而能够进行足够多次数的试验;二是模拟实验结果可以保存在工作表中,便于进一步观察分析获得规律或作进一步处理,下面举例说明。

在选修3-3的《气体热现象的微观意义》教学中,需要让学生认识“热现象与大量分子热运动的统计规律有关”,为了说明这一结论,需要让学生经历一个实验活动,说明大量事物出现是遵从统计规律的,然后根据呈现的结果,理解气体分子运特点。由于该活动需要做大量实验,一般来讲都会选择投币实验,因为实验条件简单,结果明确。这时EXCEL的随机模拟功能正好大显身手。

分析与操作:

1.在EXCEL工作表中,选择“工具/宏/Visual Basic 编辑器”;

2.在VB编辑器窗口中选择“工具/宏”,在弹出的对话框中,在“宏名称”栏内输入宏的名称,如“抛硬币实验”,单击“创建”,出现宏主体语句Sub和End Sub;

3.按图8输入程序。

按F5即可运行程序,显示如图9的对话框,如果要进行10000次实验,输入10000回车即可。

然后显示如下结果:

此时,还可以让学生多做几次实验,体会随着实验试次数的增加,正面出现的频率越来越接近0.5,从而感受“大量事件出现的机会遵从统计规律”这一重要结论。

《基础教育改革纲要(试行)》指出:课程改革要“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用”。用信息技术改造某些已有的实验、增加原来不能做的实验,同时利用信息技术克服原来的教学难点,这是大势所趋,学校和教师都应该做出努力,大胆地尝试,促进教学过程的现代化,在信息技术的探索应用中使师生都得到更好地发展。