基于Excel XP優化實驗數據

摘要:該文通過介紹用Excel XP優化處理物理實驗數據的過程，說明Excel XP在處理數據中的使用規范，并體驗它在處理實驗數據中的優越性。

關鍵詞:數據處理;Excel;平均值;標準偏差;統計規律

中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2010)11-2635-02

Optimizing Experimental Data in Excel XP

HU Xiao-jun

(Southwest University of Science and Technology Institute， Mianyang 621010， China)

Abstract: The application of Excel XP in physical data processing is discussed， it not only show a good method in data processing， but have a have a great impact on how to rapidly and sharply draw a experimental conclusion.

Key words: data processing; Excel; average value; standard deviation; statistical law

物理學是以實驗為基礎的科學，它的概念和規律是通過相關實驗和正確有效的實驗數據分析、總結、概括而形成的，在大學基礎物理實驗過程中，若采用手工或計算器分析數據，則速度慢、準確度低，而且相當枯燥，這些都相當嚴重地阻礙了學生學習的積極性、主動性、創造性以及科學思維方法的形成。

在處理物理實驗數據過程中，使用Excel收集數據、分析數據，利用計算機強大的計算功能，快速有效地得到其結果。不僅克服了手工計算耗時易錯的缺點，而且有利于科學素質和理論聯系實際的思考能力的培養，對培養有深厚基礎的創新性人才有深遠影響。

本文以處理測量擺的周期認識偶然誤差的統計規律的實驗數據為例，說明Microsoft Excel在物理實驗數據處理中的使用方法和表現出的優越性。

1 數據處理實例

1.1 創建電子表格，輸入原始數據

由于Excel XP以表格組織數據，所以須根據物理量的內在聯系，創建單表頭的“原始數據”表，錄入測量數值，(見表1)，為數據處理做好準備。

在數據輸入過程中，采用Excel XP的預警機制，提高輸入數據的準確性。

1)由于測量到的周期在一個小的范圍內，可用“數據”菜單中的“有效性”命令設定相應范圍。在輸入范圍外的數據時提出警示。

2)調用“文本到語音”工具欄，選中數據區域，點擊“朗讀單元格”按紐，與原始實驗記錄數據核對，杜絕手工輸入可能引起的錯誤。

3)鎖定原始數據，使數據呈不可編輯狀態，避免誤操作。

1.2 調用Excel XP 內置函數，快速準確獲得統計值

1.2.1 求平均值與標準偏差

1)在新的工作表中建立“標準統計”數據表，設定待求次序段(見表2)。

2)明確平均值與標準偏差與原始數據的函數關系:

求平均值公式:P=;求標準偏差公式:。

3)調用內置函數，在編輯欄中輸入相應的表達式:

①選中單元格C4，在編輯欄中輸入“=AVERAGE(原始數據!C3:C12)”，引用原始數據表中的數據求出前十個數據的平均值。使用“填充柄”，通過拖拉方法完成公式復制，避免二次輸入過程，快速得到其余次序段的平均值。

②選中在單元格D4，在編輯欄中輸入“=SQRT(DEVSQ(此函數返回各數據點與均值點之差(數據偏差)的平方和)。(原始數據!C3:C12)/9)”，逐次在D5~D14的編輯欄中復制公式并做相應修改，盡量減小手工輸入，快速計算出所有標準偏差。

1.2.2 求格羅布斯判據

通過調用函數LN(number)，計算出格羅布斯判據系數Gn=LN(105-3)/2.3+1.36-105/550，代入格羅判據公式:驗數據有效性。

在標準的電子數據表格中，通過調用內置函數，隨時可以從原始數據中提取出相關數據，快速準確的分析計算出待求物理量，一個復雜的計算過程，在鼠標的點擊、拖放過程中實現。

1.3 借助Excel XP圖表功能，凸現數據統計規律

1.3.1描繪平均值變化趨勢圖

1)在Excel XP的常用“工具欄”上，點擊“圖表向導”按紐，

2)選擇“XY散點圖”中的“折線散點圖”，點擊“下一步”，

3)在“數據區域”中選擇“標準統計!$B$3:$C$14”，在系列選項中按列產生，點擊“下一步”，

4)設置“標題”、“坐標軸”，“網格線”、“圖例”、“數據標志”等選項卡中的相關項，

5)點擊“完成”，得到期望的圖表。(見圖1)

1.3.2 進行分區統計

通過調用函數MIN(原始數據!C3:C107)求出所有數據的最小值，調用MAX(原始數據!C3:C107)求出所有數據的最大值，調用函數COUNTIF(range，criteria)計算出給定區間的數據數目，例如在編輯欄中輸入(或通過“插入”“函數”實現)“=COUNTIF(原始數據!C3:C107，\"<1.9808\")-COUNTIF(原始數據!C3:C107，\"<1.9609\")”可以統計出介于1.9609~1.9808數據個數，計算出頻率及頻率和區間寬度的比值。(計算結果見表3:分區統計表)最后據此畫出統計直方圖。(見圖2)

用電子圖表代替了傳統的坐標紙，簡潔明了的傳達出平均值隨測量次數的增加波動幅度變小的現象，形象的說明了偶然誤差和測量次數間的關系及測量數據的分布情況。

在物理實驗數據處理過程中，可以借助圖形的突出趨勢、明確比例、夸張比較等豐富的表現力，明晰數據間的隱含關系;利用圖形的可視效果，引發學生的形象思維，使數據分析工作在邏輯和形象思維間得到互補。

2 結束語

隨著科技的發展，信息革命將使人類從繁雜的形式化腦力勞動中解放出來，使用計算機可以準確高效地處理各類數據。物理實驗必須與現代科學技術接軌，才能激發學生的學習積極性與熱情，也才能使現代科技進步的成果滲透到傳統的經典課程內容之中。

參考文獻:

[1] 微軟公司Microsoft Excel 2002標準教程(教師手冊)[M].北京:中國勞動社會保障出版社，2002.

[2] 楊述武.普通物理實驗(力學熱學部分)[M].北京:高等教育出版社，2000:81-87.