巧用Excel软件处理大学物理实验数据

刘家菊，洪炜宁，钱良存

（安徽农业大学理学院，安徽合肥230036）

巧用Excel软件处理大学物理实验数据

刘家菊，洪炜宁，钱良存

（安徽农业大学理学院，安徽合肥230036）

本文利用Excel软件自身携带的函数、格式化操作、快速生成图表和数据管理等诸项功能，通过两个具体实验实例，介绍了Excel软件在数据处理中的巧妙应用.实践表明，用Excel软件处理大学物理实验数据，具有高效、准确的优点.

Excel；实验数据；数据处理

常见的大学物理实验数据处理方法有列表法、作图法、平均法、逐差法和最小二乘法（线性拟合法）等方法.传统的做法是利用笔、纸、尺子等工具进行人工计算和作图，这种做法由于人为的原因势必对实验结果带来误差，不能客观真实的反映实验结果，而且是在数据量较少的情况下完成的，若数据量过大则传统的数据处理就无能为力[3].

因此，对已有的实验数据处理方式进行全面革新，利用Excel软件突出的优点是使用非常方便，不要求学生会编程，只要进行基本的电脑操作，就可以方便地处理数据[2].利用Excel软件自身携带的函数、格式化操作、快速生成图表和数据管理等诸项功能.查阅相关资料，并针对本校的现状，分析实验项目的理论数据，绘制出适合每个实验项目的Excel数据表格和相应的图形，以供学生在数据分析时，能够轻松完成实验数据处理与分析可能产生误差的原因.

1 以落球法测液体的粘滞系数实验为例

利用Excel软件中提供的函数，对平均值、标准差、不确定度进行计算和误差分析.

图1 excel软件处理数据表

（1）打开Excel2003，在Sheetl工作表，设计数据记录表格，选中B15：C15单元格，合并单元格，并在此单元格输入“=AVERAGE(C7:C14)”，计算出小刚球直径d的平均值.同样方法，计算出L、t、V、η的平均值.

（2）选中B16：C16单元格，合并单元格，并在此单元格输入“=STDEVP(C7:C14)”，计算出小刚球直径d的标准差.同样方法，计算出L、t的标准差.

（3）在H7输入“=E7*0.01/G7”，计算出小刚球在待测液体蓖麻油中的速度V，然后将H7复制到H8:H15单元格，计算出相应速度Vi（i=1,2，…8）和的值.

（4）根据η的公式，使用相对地址、绝对地址和函数，在I7输入“=($H$4-$E$4)*9.8*POWER(C7, 2)*0.000001/(18*(H7*POWER((1+2.4*C7/$C$4),2)))”

（5）根据误差传递公式，使用相对地址、绝对地址和函数，在H16输入“=$H$15*SQRT(POWER( (D16/$D$15),2)+POWER((F16/$F$15),2))”，在I16输入“=$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)))”，分别计算出V,η的标准差.

（6）计算不确定度.查阅T分布检验法表格，t0.683=1.08，所以计算A类不确定度为t0.683因子乘以标准差.选中B17：C17单元格，合并单元格，并在此单元格输入“=1.08*B16”，计算出小刚球直径d的A类不确定度.同样方法，计算出L、t的A类不确定度.将H16复制到H17，I16复制到I17，计算出V,η的A类不确定度.

学生将直接测量值记入相应的单元格，在（图1）表格阴影部分单元格内，即可得出相应的数值和误差值.

2 以利用李萨如图形测未知的频率实验为例

设计测量实验数据记录表格，利用Excel软件图表生成功能，对测量数据进行分析，绘制实验数据的坐标图.

使用示波器观测李萨如图形实验，当两正弦波信号的频率比值fx/fy=ny/nx为简单整数比时，（fx代表CH1通道上正弦波信号的频率，fy代表CH2通道上正弦波信号的频率，nx代表李萨如图形与假想水平线的切点数目，ny代表李萨如图形与假想垂直线的切点数目），在示波器的荧光屏上将得到稳定的李萨如图形.

李萨如图形实际上是一个质点同时在X轴和Y轴上作简谐运动形成的，每一个点都可以用以下的公式进行表示：Y1=A1sin(B1*X+C1)，Y2=A2sin (B2*X+C2).利用Excel软件模拟绘制不同频率比值的李萨如图形[1].

(1)打开Excel2003，在Sheetl工作表，设计数据记录表格.

(2)在B2中输入系数A1的值，当前输入的初始值“1”，在D2中输入系数B1的值，当前输入的初始值“3”，在F2中输入系数C1的值，当前输入的初始值“10”；在B3中输入系数A2的值，当前输入的初始值“1”，在D3中输入系数B2的值，当前输入的初始值“1”，在F3中输入系数C2的值，当前输入的初始值“2”.

(4)在A5中输入“0”，在A6中输入“=PI()／8+A5”，然后将A6复制到A7：A21单元格.

(5)在B5中输入“=$B$2*SIN(A5*$D$2+$F $2)”，然后将B5复制到B6：B21单元格.

(6)在C5中输入“=$B$3*SIN(A5*$D$3+$F $3)”，然后将C5复制到C6：C21单元格.

(7)选择菜单栏中的“插人”一“图表”或单击工具栏中的“图表向导”，如图2-6-2图表向导步骤1中，选择“XY散点图”，在子图表类塾中选择“平滑线散点图”，单击“下一步”.

(8)在图表向导步骤2中，数据区域中选择B5：C21单元格.

(9)在图表向导步骤3中，填人图表标题、X轴、Y轴，单击“下一步”.

(10)在图表向导步骤4中，选择适当的图表位置，生成新的工作表或嵌入工作表．如图（图2）的李萨如图形.

图2 频率比为1：3的李萨如图形

将各自的振幅值、角频率和初相位输入相应的单元格中（图二的表格阴影部分单元格），即可模拟出相应的李萨如图形.

3 意义

计算机软件融入实验数据处理的新模式.改变了传统的实验数据处理模式，从繁琐的数据运算中解脱出来，进入零数据运算状态，真正成为实验的主角，使学生自主分析数据的能力提升到一个更高的层次，为学生独立完成实验，进行数据的实时交互和反馈，实现高效教学，加强学生综合能力的培养.

利用Excel软件处理实验数据，可以消除在处理数据时，人为引入的各种误差，并能提高数据处理的精确度，按误差理论要求，高效、准确地处理大量的实验数据.同时可以弥补物理实验课时减少的局面.可以缩短学生在课堂上做实验的时间，使得有的实验可以在2课时内完成，为多开设实验项目打下基础.

〔1〕洪炜宁.大学物理实验教程[M].北京:中国农业出版社，2012．

〔2〕田睿，田硕.Excel软件实现物理实验数据的处理与分析[J].考试周刊，2009（下卷）（35）：179-180.

〔3〕兰燕娜.Excel在大学物理实验数据处理中的应用研究[J].赤峰学院学报，2012，26（12）：11-12.

TP317.3

A

1673-260X（2013）12-0017-02