Excel軟件在物理實驗中的輔助應用

鄭子瑜

(北京市海淀區教師進修學校附屬實驗中學 100097)

一、有效利用Excel軟件分析處理物理實驗數據

物理實驗在培養學生的動手能力、觀察能力、理論聯系實際能力、以及分析解決問題能力上具有重要的作用.物理實驗數據的處理和分析是物理實驗的一個重要環節，對培養學生的科學素質和科學態度具有重要的作用.但有時候由于實驗數據繁多，需要學生將大量的精力用來進行數據分析處理，容易使學生忽視物理實驗本身的意義，甚至失去了對物理實驗的興趣.

Excel軟件是幾乎必備的計算機辦公軟件，具有強大的數值計算和高質量的繪圖功能，能使復雜繁瑣的數據處理過程簡單化、直觀化、且能比較準確地標記出實驗數據點和繪制出擬合曲線.Excel軟件對于初步接觸物理的學生最大優點是便于學生學習和分析實驗結果，同時也大大減少了教師的工作量.本文以磁導率這一物理量為例，介紹使用Excel軟件處理實驗數據，對磁導率變化曲線進行多項式擬合.這種方法在實驗數據處理和實驗教學中具有一定的普遍意義，并能夠大大提高實驗數據處理效率.

本文以金屬材料45鋼在低頻10Hz下的磁導率為實驗處理對象，使用Excel軟件的圖表散點圖功能對磁導率進行圖表制作，并選擇趨勢線選項中的多項式，通過改變多項式選項的順序大小(變化范圍是2～6)，可查看Excel對磁導率數據的回歸分析(擬合)效果.

首先用鼠標左鍵選擇向下拖動選中所有磁場強度和相對磁導率數據，然后點擊菜單欄中的“插入”菜單，在下拉菜單中選擇“圖表”，在彈出的窗口中選擇“XY散點圖”，為了符合物理規律和畫圖美觀，本文選擇“帶平滑線和數據標記的散點圖”，選中“顯示公式”和“顯示R平方值”的復選框，便可得到擬合多項式方程和相關系數的平方值，點擊完成即繪出相應的散點圖.通過改變散點圖中“多項式”選項中的“順序”(多數情況下代表著多項式的階次)，可以查看不同階次情況下的趨勢線與相對磁導率曲線，如圖1～圖4所示.其中相關系數R2越接近1，表明趨勢線越貼近測量數據，擬合效果越好.要注意的是，Excel趨勢線可直接用于測量區間內部的內插點的估算，但是對于測量區間外部點的預測還需要結合物理量的變化規律和特征，不能直接簡單套搬使用.

二、總結

利用Excel軟件來處理物理實驗數據，不用編寫程序，簡便易學，容易掌握，是解決學生掌握物理實驗規律的良好輔助工具，對學生領悟運用數學知識進行數據處理具有重要幫助，例如散點圖趨勢線是Excel軟件基于最小二乘法原理進行繪制，并計算得到擬合多項式方程和相關系數.這種方法能夠大大提高學生處理實驗數據效率，激發學生實驗興趣，在實驗教學中具有一定的推廣意義.