Excel在中学物理实验中的应用doc.doc

Excel在中学物理实验中的应用摘要：实验教学是物理课程改革的重要环节，也是落实课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径把计算机技术有机地运用到物理实验数据处理上来，充分体展现了学科整合的魅力，更重要的是知道学生初步学会了运用计算机处理实验数据，培养学生收集信息、处理信息、传递信息的能力，从而减轻学生的学习负担Excel软件不但具有强大的数学计算和数据处理功能，而且操作简单、较易学习和掌握，最适合在中学实验教学中应用本文结合实例来说明Excel软件在中学物理实验中的基本应用希望能起到抛砖引玉的作用，给同仁们些许启示关键词：Excel软件 中学物理 实验教学 整合物理是一门实验科学，许多物理规律和结论往往必须通过定量的物理探究性实验，结合对实验数据的科学分析和处理归纳得出怎样才能做到对实验数据作更为科学、合理的分析和处理，显得尤为重要Excel软件不但具有强大的数学计算和数据处理功能，而且操作简单、较易学习和掌握，最适合在中学实验教学中应用下面结合实例来说明Excel软件在中学物理实验中的基本应用一、设计思路Excel软件与中学物理实验教学的有机整合实验教学是物理课程改革的重要环节，也是落实课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径实验中测得的数据需要很好地记录、表示、分析、计算，然后从中找出规律、得出结论，这一过程称为实验数据处理它是物理实验中的一个重要环节为了让学生接触科学的真实，实验中应该让学生亲自实际测量，如测物体的即时速度，测物体的加速度等这些由学生参与得出的数据，是一组组有序（按升序或者降序排列）数据这两组数据之间是否存在线性关系，若能拟合为直线，则拟合的相关系数多大，拟合直线的斜率和截距又为多少，这些可以通过建立二维曲线图形和使用数学函数来直观准确地表达我们就需要将这些采集的实验数据，通过电脑的分析后，用图线把规律展示出来Excel提供了6种趋势线（线性、对数、多项式、乘幂、指数、移动平均），在数据拟合时可以灵活选用Excel能够画出中学物理中比较有用的x-y散点图，能够进行一次函数、两次函数（幂函数）运算、拟合，并且计算出相应的系数，从而求出相应的物理量的数值利用Excel具有丰富的内置函数和强大的计算及图形处理功能对物理实验数据进行处理，减少枯燥的数据运算，防止运算中的错误；它的图表功能使得利用数据作图变得非常容易，便于对实验结果进行分析我们把计算机技术有机地运用到物理实验数据处理上来，充分体展现了学科整合的魅力，有利于促进教学质量的提高采用先进的信息技术优化传统的实验教学，有利于学生学习物理知识和技能，从而激发学生的实验探究兴趣，培养学生收集信息、处理信息、传递信息的能力二、实践过程Excel在中学物理实验数据处理中的应用举例1、公式运算我们在处理实验数据时，经常会遇到复杂的四则运算或代数运算，这时就可以利用Excel中的内置工作表函数解决在实验数据计算处理过程中经常使用下列一些函数：求和函数(sum)、算术平均值函数(average)、标准偏差函数(stdev)和一些数学函数（sin、cos、tan、ln、exp、pi、sqrt、power）等例1 求出绕地球运行且周期为4h的人造卫星距地面多高【分析】 根据推导出的卫星周期与高度关系的表达式T=2R3/gRe2，其中Re是地球半径，R是卫星到地心之间的距离，所以高度【实际操作】1. 打开Excel软件，创建工作表在“工具”下拉菜单“选项”对话框中，展开“重新计算”标签，选中“接受公式标志”复选框.2.在“Re” 标志下面的单元格输入地球半径的值“=6400*1000”，再把周期变成秒在“T”标志下面的单元格输入“=4*3600”3.向窗口输入“=（9.8*Re2*T2/(4*Pi()2)）(1/3)-Re”的表达式，其中平方用2表示，乘号用*表示，开三次方根用(1/3)表示，用Pi()表示计算结果为h=6.423106m，约为6423Km，如下图所示.【探索体会】 通过在Excel中完成对表格的设定，使实验者从繁琐的数据运算中解脱出来，能够轻松完成有关实验数据处理的任务2 、线性拟合、图形表达物理图象能够形象直观地描述物理量变化的规律如果能把比较复杂的物理变化浓缩成一幅物理图象，是突破物理学习难点的有效方法之一对实验数据进行有效的线性回归分析涉及繁琐的统计计算其实，绘制物理图象，研究物理规律的工作可以交由Excel完成物理新课程必修1中第35页有一则“做一做”，向同学们简单介绍了用计算机绘制v-t图象的方法和结果但教材讲述的操作步骤不够详细，故本文再举一例： 例2 利用验证机械能守恒定律的实验装置研究自由落体运动，用打点计时器记录数据列在如下图所示的Excel电子表格中【分析】 解决数据拟合问题首先应作出数据的散点图，然后通过观察散点趋势选用相应的模型进行拟合【实际操作】 1. 打开Excel软件，创建工作表在工作表中输入实验数据，选中数据区，依【插入/图表/图表类型/散点图/完成】作出散点图2.用右键点击任意数据点，在右键快捷菜单中选择“添加趋势线”，在类型中选择“多项式”并将“阶数”选择为2，最后在“选项”中选定“显示公式”和“显示R平方值”复选框，就大功告成了，二次函数拟合结果如下图所示曲线拟合公式 y=483.4x2+11.306x+0.0073忽略常数项0.0073cm，改写成s-t公式，得 s=483.4t2+11.306t比较系数得；v0=11.3cm/s所以 g=967cm/s2=9.67m/s2【探索体会】 实验结果与实际符合手工绘制图样费时费工，效果也不理想借助于Excel软件作图非常简便，所作图象更加标准，实验误差较小三、探索延伸Excel线性处理在中学物理实验中的推广应用Excel可以帮助我们进行公式运算，在处理实验数据过程中，如果遇到复杂的四则运算或代数运算时，就可以利用Excel还可以帮助我们绘制物理图象，这一点可以推广应用于中学物理其它某些探究性实验的数据处理，举例列表如下：实 验 名 称关 系 式数 据 处 理 内 容探究自由落体运动Ln(x)与ln(t)成线性关系探究弹力与形变的关系F=kxF与x成线性关系，k为斜率探究影响摩擦力大小的因素F=F与N成线性关系，为斜率探究加速度与物体质量、受力的关系与F成线性关系，1/M为斜率；与1/M成线性关系，F为斜率探究弹簧振子振动周期规律T2=Cm/kT2与m成线性关系；T2与1/k成线性关系单摆的振动周期T2与l成线性关系；l与(T/)2成线性关系，g为斜率伏安法测电阻U=IRU与I成线性关系，R为斜率测量电源的电动势和内阻U=E-IrU与I成线性关系，-r为斜率，纵坐标截距为E测定玻璃的折射率与成线性关系，n为斜率另外，Excel能够很好地展现物理学中的某些规律，这给我们研究物理问题和突破教学难点提供了一种全新的思路例如，讲授超重和失重一课，用一个压力传感器和一个加速度传感器，就可以实时采集到压力和加速度的数据然后将两个传感器连在一起，随着运动物体的向上或向下加速度的变化，物体对支撑物的压力也在不断地变化传感器将采集到的数据即时转入电脑，经电脑分析处理后，物体对支撑物的压力与加速度的关系关系图线显示在屏幕上，从而揭示出超重与失重现象的本质由此可见用先进的信息技术改造传统实验的威力从上面的例子我们可以看出，利用Excel具有丰富的内置函数和强大的计算及图形处理功能对物理实验数据进行处理，减少枯燥的数据运算，防止运算中的错误；它的图表功能使得利用数据作图变得非常容易，便于对实验结果进行分析我们把计算机技术有机地运用到物理实验数据处理上来，充分体展现了学科整合的魅力，更重要的是知道学生初步学会了运用计算机处理实验数据，