文 李飛躍

Excel電子表格軟件有很強(qiáng)的數(shù)字處理功能，如果能夠合理地加以開發(fā)和利用，在教學(xué)中會(huì)起到很好的作用，比如可以使數(shù)據(jù)處理變得簡單，使一些抽象的數(shù)字形象化，使描點(diǎn)作圖一揮而就，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果一目了然。本文就針對Excel在物理實(shí)驗(yàn)中的幾種常見應(yīng)用進(jìn)行探討。

例如，用Excel電子表格進(jìn)行“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的數(shù)據(jù)處理時(shí)，可以先在表格中輸入測量數(shù)據(jù)，然后將輸入的兩列或兩行數(shù)據(jù)選中，再點(diǎn)擊菜單欄中的“插入”菜單下的“圖表”選項(xiàng)，在彈出的對話框中選擇“XY散點(diǎn)圖”，點(diǎn)擊“下一步”，再點(diǎn)擊“下一步”，在圖表向?qū)Р襟E之三上填寫上“圖表標(biāo)題”“x軸”和“y軸”，點(diǎn)擊“完成”，然后在圖表散點(diǎn)中選中所描的點(diǎn)，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單對話框中點(diǎn)擊“添加趨勢線”，再在彈出的面板“類型”選項(xiàng)中選中線形，在“選項(xiàng)”選項(xiàng)中選中“顯示公式”，再單擊“確定”，一個(gè)圖表就畫好了，根據(jù)圖表公式的斜率可直接讀取彈簧的勁度系數(shù)。

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)“分壓電路和限流電路的選擇”以及“滑動(dòng)變阻器的選擇”中，諸如分壓電路和限流電路有何區(qū)別、變阻器的選擇原則是什么等問題，如果直接告訴學(xué)生結(jié)果，學(xué)生會(huì)由于不知其所以然而不能領(lǐng)會(huì)物理學(xué)真諦，更無法融會(huì)貫通。下面就說明如何利用Excel解釋電路和變阻器的選擇。

(1)電源電壓3 V，燈泡電阻10 Ω，采用如圖1所示的限流電路。為了方便地調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓并使燈泡電壓有一個(gè)較大的取值范圍，所選用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)為：

A.1 Ω B.10 Ω C.100 Ω D.1 000 Ω

圖1

對該問題，首先要告訴學(xué)生：所謂“方便地調(diào)節(jié)”，即每當(dāng)變阻器的滑片滑動(dòng)一定距離時(shí)，燈泡兩端的電壓就會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的、比較明顯的變化，故變阻器接入電路中的電阻與燈泡兩端電壓之間有一個(gè)近似線性的關(guān)系為最好。我們可以根據(jù)串聯(lián)電路的電壓分配原則，分別把每一個(gè)電阻的阻值進(jìn)行十等分連入電路，用Excel公式計(jì)算出燈泡兩端的電壓，然后作圖，觀察燈泡電壓與電阻的關(guān)系圖像就可以一目了然。圖2分別為R=1 Ω，10 Ω，100 Ω，1 000 Ω時(shí)的圖像。

從圖像中可以明顯看出，當(dāng)R=1 Ω時(shí)，線性關(guān)系最好，但測量范圍卻很小，不滿足“使燈泡電壓有較大的取值范圍”的條件。當(dāng)R=1 000 Ω時(shí)，電壓與電阻的線性關(guān)系不好且可測量范圍也很小，因此也不適合。當(dāng)R=100 Ω時(shí)，雖然可測量范圍比較大，但線性關(guān)系不好，在剛開始時(shí)變阻器滑片移動(dòng)很小電壓就有較大變化，而到后來電阻變化很大電壓卻變化很小，也不好。兩方面綜合考慮，當(dāng)R=10 Ω時(shí)，燈泡電壓既有較大的變化，而且也有比較好的近似線性的關(guān)系。因此可得出結(jié)論：在限流電路中，當(dāng)變阻器的阻值與待測電阻相當(dāng)時(shí)較好，太大或太小都不合適。

圖2

(2)如果將上述限流電路改為分壓電路，其他條件不變，如圖3所示，該如何去選擇呢？

圖3

我們可以根據(jù)同樣的方法用Excel電子表格畫出它的圖像，再利用圖像進(jìn)行分析。圖4是用Excel電子表格做出的4個(gè)圖像。

根據(jù)這4個(gè)圖像，可以很明顯地看出，無論變阻器的電阻多大，分壓電路所能調(diào)節(jié)的電壓范圍都是從零到電源電動(dòng)勢，可改變的電壓范圍都相同。變阻器的電阻越小，待測電阻兩端的電壓與并聯(lián)接入電路中變阻器的電阻的關(guān)系越接近于線性關(guān)系。當(dāng)變阻器的全電阻很大時(shí)，不適合分壓電路。由此得出：當(dāng)采用分壓電路時(shí)，所選擇的變阻器的全阻值應(yīng)與待測電阻的阻值差不多或更小一些。

圖4

通過這樣的分析，學(xué)生就很容易理解變阻器的選擇原則，并且知道分壓電路的電壓可以從零開始調(diào)節(jié)、電壓的可調(diào)節(jié)范圍大；當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)要求待測電阻的電壓從零開始連續(xù)可調(diào)節(jié)，或要求多測幾組數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖時(shí)，應(yīng)選擇分壓電路。

[1] 邢紅軍.中學(xué)物理論文寫作教程[M]. 鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社,1993.

[2] 陳清梅,胡揚(yáng)洋,邢紅軍.物理高端備課：構(gòu)建U-S合作的橋梁：以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為例[J].教育科學(xué)研究,2013(12)：55-60.