鄭子瑜

(北京市海淀區(qū)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(shù)據(jù)

物理實驗在培養(yǎng)學生的動手能力、觀察能力、理論聯(lián)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(shù)據(jù)的處理和分析是物理實驗的一個重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學生的科學素質和科學態(tài)度具有重要的作用.但有時候由于實驗數(shù)據(jù)繁多，需要學生將大量的精力用來進行數(shù)據(jù)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(shù)值計算和高質量的繪圖功能，能使復雜繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程簡單化、直觀化、且能比較準確地標記出實驗數(shù)據(jù)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(yōu)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(shù)據(jù)，對磁導率變化曲線進行多項式擬合.這種方法在實驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(guī)律和畫圖美觀，本文選擇“帶平滑線和數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)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(shù)R2越接近1，表明趨勢線越貼近測量數(shù)據(jù)，擬合效果越好.要注意的是，Excel趨勢線可直接用于測量區(qū)間內(nèi)部的內(nèi)插點的估算，但是對于測量區(qū)間外部點的預測還需要結合物理量的變化規(guī)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(shù)據(jù)，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(guī)律的良好輔助工具，對學生領悟運用數(shù)學知識進行數(shù)據(jù)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(shù).這種方法能夠大大提高學生處理實驗數(shù)據(jù)效率，激發(fā)學生實驗興趣，在實驗教學中具有一定的推廣意義.