許江榮

（淮南師范學(xué)院計算機學(xué)院，安徽淮南232038）

大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)精確度快速評估法

許江榮

（淮南師范學(xué)院計算機學(xué)院，安徽淮南232038）

大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)的處理是個繁雜過程，利用Excel應(yīng)用軟件對實驗數(shù)據(jù)的精確度進行快速且有效評估不僅可行而且很有意義。

Excel軟件；實驗數(shù)據(jù)；精確度；評估

大學(xué)物理實驗為理工科學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程，學(xué)生在參加“三基”訓(xùn)練的同時可培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、實事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴肅認真、積極進取的探索精神，可提高科學(xué)實驗、分析與研究的能力。大學(xué)物理實驗作為一門課程，也具備一般課堂所具有的要素，應(yīng)對實驗數(shù)據(jù)進行處理分析，但有時候由于實驗數(shù)據(jù)繁多，需要學(xué)生將大量的精力用來進行數(shù)據(jù)分析、處理，容易使學(xué)生忽視物理實驗本身的意義；①孔祥錕，王嘉宇：《巧用Excel處理普通物理實驗數(shù)據(jù)》，《電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流》2016年第11期，第116-117頁。物理實驗數(shù)據(jù)處理的常用方法有列表、作圖、圖解和逐差法，②劉培姣：《物理實驗數(shù)據(jù)處理的常用辦法》，《大學(xué)物理實驗》2007年第2期，第70-73頁。故而，要求學(xué)生找出一種更為直接、客觀、有效的方法，對實驗教學(xué)效果進行檢驗，即對數(shù)據(jù)的精確度進行評估，從而進一步分析誤差產(chǎn)生的原因，采取積極處置方法，提高實驗效果。

以“弦振動的研究”為例，實驗采用弦線上駐波實驗儀（FD-SWF-Ⅱ），實驗內(nèi)容為研究橫波的波長與弦線中的張力的關(guān)系。

通過科學(xué)的調(diào)節(jié)方法可快捷形成駐波。由弦振動規(guī)律，得

式中表示，以一定頻率γ振動的弦，其波長λ將因張力FT或線密度ρ的變化而變化的規(guī)律。

將上式兩側(cè)取對數(shù)，得

即1nλ與1nFT間是線性關(guān)系。

下面通過實驗來驗證2式的成立。

經(jīng)實驗測得數(shù)據(jù)見表1。

表1 “弦振動的研究”原始數(shù)據(jù)表m0=41.23g

實驗數(shù)據(jù)進行基本處理：

表2 “弦振動的研究”實驗數(shù)據(jù)表

Excel是常用的應(yīng)用軟件，具有強大的數(shù)據(jù)處理、分析、統(tǒng)計功能，函數(shù)功能豐富，圖表種類繁多，使用簡捷方便，利用它可以對數(shù)據(jù)精確度進行快速評估。

一、利用Excel統(tǒng)計函數(shù)公式求出y=a+bx關(guān)系中的a、b、r

程序中的intercept、slope、correl函數(shù)可直接求得a、b、r。

1.建立excel空工作簿，將實驗的原始數(shù)據(jù)輸入工作表Sheet1。

2.利用excel表上的“插入”將函數(shù)引入，將數(shù)據(jù)占格址起點至終點用冒號代入，兩組數(shù)據(jù)用逗號斷開，回車。

3.用計算機Excel程序中的intercept、slope、correl函數(shù)可直接求得a、b、r。

數(shù)據(jù)處理后得：

兩量之間的相關(guān)系數(shù)r=0.9995

線性回歸直線的斜率b=0.5177

y軸的截距a=1.9423

斜率測得值與理論值的百分差為3.55%。

說明lnλ與lnFT呈線性關(guān)系，而且精確度較高。

二、利用Excel擬合曲線

1.建立excel空工作簿，將實驗的原始數(shù)據(jù)輸入工作表Sheet1。

2.將兩組數(shù)據(jù)選中，Y軸為右，X軸為左。

3.點擊“插入”欄中的“圖表”，選中“XY散點圖”中的“無數(shù)據(jù)散點折線圖”，進入“下一步”至完成。

4.用右鍵選中已形成的曲線，選中菜單中的“添加趨勢線”，選中“類型”中的“線性”和“選項”中的“顯示公式”和“顯示R平方值”，形成趨勢圖。

5.用右鍵點擊趨勢線，選中“圖表選項”中的“標題”進行描述。

數(shù)據(jù)處理后得：

圖1 1nλ-1nFT圖

從圖例中可得出：

兩量之間的相關(guān)系數(shù)r=0.9995

線性回歸直線的斜率b=0.5177

y軸的截距a=1.9423

說明lnλ與lnFT呈線性關(guān)系。實驗精確度較高，而且直觀。

利用Excel應(yīng)用軟件對實驗數(shù)據(jù)的精確度進行評估，不僅有效而且快捷，學(xué)生節(jié)省了大量運算的時間，可將此時間用于實驗的進一步分析和處理,學(xué)生在有限的課堂時間里可適度提高實驗?zāi)芰Α?/p>

利用Excel應(yīng)用軟件對實驗數(shù)據(jù)的精確度進行評估，尤其是利用Excel擬合曲線，是檢驗學(xué)生實驗效果的有效形式，也是教師評價學(xué)生實驗?zāi)芰Φ囊粋€較好的輔助手段，建立模板文件，可成為檢驗全體實驗同學(xué)實驗數(shù)據(jù)精確度的快捷平臺。Excel表格另存為模板文件，只要修改Excel表格中測量數(shù)據(jù)記錄（紅色區(qū)域內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)），實驗擬合圖形和數(shù)據(jù)處理結(jié)果表達式便立即產(chǎn)生，馬上可以看出實驗數(shù)據(jù)是否有錯誤，如果有錯誤，只需刪除后再填寫重新測量的數(shù)據(jù)，無需做其它改動，Excel就會重新計算。Excel工作表可以重復(fù)使用，在教師檢查實驗數(shù)據(jù)是否合理、數(shù)據(jù)處理結(jié)果是否正確時，是非常方便實用的。

利用Excel軟件處理大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)，可以減少枯燥的數(shù)據(jù)計算，有效避免計算過程中的錯誤；曲線擬合簡單而又快捷，并避免了手工作圖的人為誤差，還可以顯示出數(shù)據(jù)的變化趨勢，從而快速而客觀地獲得實驗結(jié)果①龍臥云，李晶：《巧用Excel處理大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)》，《大學(xué)物理實驗》2012年第6期，第107-109頁。，有利于快捷分析實驗，剔除不當(dāng)數(shù)據(jù)，更重要是增強了學(xué)生自主完成實驗的自覺性，有效地提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

Rapid assessment of university physics experiment data

XU Jiangrong

Data processing of university physics experiment is a complicated process.Using the Excel application software for the accuracy of experimental data for rapid and effective assessment is not only feasible,but also significant.

Excel software;experimental data;precision;evaluation

G642.0

A

1009-9530（2017）05-0094-02

2017-08-10

許江榮（1962-），男，淮南師范學(xué)院計算機學(xué)院高級實驗師，研究方向：大學(xué)物理實驗研究。

（責(zé)任編輯：孫妍姑）