Excel 工作表在电工基础教学中的应用

1、Excel 工作表在电工基础教学中的应用广州市轻工职业学校 杨光电摘要：工欲善其事，必先利其器。步入21世纪的今天，越来越多的学校安装了计算机设备，利用计算机对电工基础的教学进行改进，将进一步提高我们的教学效果。本文介绍了用Excel 工作表求解电路中的线性方程组和处理实验数据及进行绘图的方法。关键词：Excel 电路线性方程组 实验数据 绘图正文：随着社会的进步，计算机在教学中起着越来越重要的作用，笔者尝试把Excel 工作表应用在电工基础教学中，收到了一定的效果，现介绍如下，希望能起到抛砖引玉的作用。一、如何用Excel 工作表求解支路电流法中的线性方程组。运用支路电流法求解具有两个网孔的

2、复杂电路是电工基础的重点，在教学过程中，要让学生确实掌握此方法，不但要让学生进行理论计算，还要让学生通过实验加以验证。现在的学生比较追求个性，如果在实验室里我们只是拿一些已经设定好的统一数据让学生进行理论计算和实验验证，学生兴趣不大而且说服力也不够强，如果让他们自己选择电路参数进行测试及理论计算，教师批改实验报告时又要用学生的参数重新进行计算才知道学生实验数据的对错，工作量比较大。笔者采用Excel 工作表求解支路电流法中的方程组，只要输入电路的参数，马上就可以得到运算结果，方便快捷，很好地解决了上面的矛盾。I1+I2-I3=0R1I1+R3I3 =E1R2I2+R3I3 =E2两个网孔的复杂

3、电路如图1所示，按照电工基础课本介绍，用克希荷夫电流定律和克希荷夫电压定律列出方程组：6-图1E1E2+-+I2R2R1I1I3R3140V90V205解此线性方程组课本上用消元法，在此我们用行列式法，此法比较适合在Excel 工作表中使用。解题步骤如下：因为1 1 -10 R2 R3R1 0 R3D=式二式一D1=0 1 -1E1 0 R3E2 R2 R3D2=1 0 -1R1 E1 R30 E2 R3式四式三D3=1 1 0R1 0 E10 R2 E2所以方程组的解为：D1I1=DD2I2=DD3I3=D由于方程组所用到的行列式都是三阶行列式，三阶行列式是有固定公式可解的，我们只要把公式写

4、到Excel 工作表中，输入题目给出的电路参数（包括R1，R2，R3，E1，E2五个参数），就可以直接得到所要求的电流了。表一 运用支路电流法求解网孔电流的工作表我们先在Excel工作表的B3、D3、F3、H3、J3单元格分别输入电路的参数R1的阻值，R2的阻值，R3的阻值和E1的电压值及E2的电压值。先算D，见式一，因为它的第一行是固定的1，-1，1三个数字，我们把其分别输入到B6，C6，D6的单元格位置，D的第二行第一列（B7单元格）是R1的阻值，我们在B7单元格输入“=B3”, D的第二行第二列（C7单元格）是0，D的第二行第三列（D7单元格）是R3的阻值，我们输入“=F3”,以此类推我

5、们在B8单元格处输入“0”，C8单元格输入“=D3”，D8单元格输入“=F3”，这样第一个行列式的全部数值输入完毕了，我们按照同样的方法把其余三个行列式的数值全部输入进去。在B17单元格，我们先写上求解行列式D的公式，这样以后我们只要输入电路参数，就可以直接得到行列式D的值了。在B17单元格输入 “=B6*C7*D8+C6*D7*B8+B7*C8*D6-D6*C7*B8-C6*B7*D8-D7*C8*B6”公式。同理我们在E17单元格输入公式可以得到行列式D1的值，其公式为：“=G6*H7*I8+H6*I7*G8+G7*H8*I6-I6*H7*G8-H6*G7*I8-I7*H8*G6”。我们在

6、H17单元格输入公式可以得到行列式D2的值，其公式为：“=B12*C13*D14+C12*D13*B14+B13*C14*D12-D12*C13*B14-C12*B13*D14-D13*C14*B12”我们在K17单元格输入公式可以得到行列式D3的值，其公式为：“=G12*H13*I14+H12*I13*G14+G13*H14*I12-I12*H13*G14-H12*G13*I14-I13*H14*G12”D1I1=D得到D，D1，D2，D3的值后，我们就可以计算I1，I2，I3的值了，根据式 我们在D19单元格输入公式可以得到I1的值，其公式为：“=E17/B17”同理，我们在L19和H19

7、单元格分别输入公式“=H17/B17”和“=K17/B17”可以得到I2和I3的值，至此工作表设计完成，以后我们只要在Excel工作表输入这类电路的电路参数，马上就可以得到I1，I2，I3三个支路的电流了，免去了繁琐的计算，减轻了我们的负担。表一的I1，I2，I3三个电流值就是在输入图1的电路参数后（包括R1，R2，R3，E1，E2五个参数）由Excel工作表计算自动得到。二、Excel工作表在处理实验数据中的应用以往我们在进行实验教学的时候，在测量出一组实验数据后，要利用这组数据进行运算以得出我们所需要的数据，然后利用这些数据在黑板上进行绘图，利用图象表示实验结果，并分析电路参数之间的关系，

8、从而得到电路规律。在对一组实验数据进行运算时，由于过程都是相同的，比较枯燥用时较长，学生容易走神，在黑板上利用实验数据进行绘图，时间长且不容易画准确，影响图象的教学效果。“外电阻和电源输出功率的关系”是电工基础的教学重点，在做此实验时通过改变电阻箱的电阻值测得到许多组R、I的数据，计算出一系列的P值（功率），然后在P-R坐标中通过描点，画出对应的曲线，然后再来分析、计算实验结果的。由于要测的数据比较多，还要经过计算、描点、作图等步骤，如果不用计算机处理，所用的时间将比较长。目前，多媒体课室已经在各个学校里推广，而Office里的Excel工作表具有较强数据处理和绘图功能，我们在测定实验数据后由

9、计算机进行数据处理，并作出P-R图线，还由计算机求出外电阻为何值时输出功率达到最大值。在上“输出功率与外电阻之间的关系”演示实验课时，本人用Excel工作表处理实验数据，并绘出“P出R”图象，收到了较好的教学效果，现介绍如下：1、 实验数据的测量本实验的接线图纸见图2，其中R0是定值电阻，这里取10，R是电阻箱。实验测定记录的数据见表二：EmARKR0图2 实验接线图2、 用Excel工作表处理实验数据把以上的数据输入到Excel工作表的第四和第五行，如表三所示。因为P出=I2×R，我们先在工作表的B6单元格写出当输入第一组数据时的输出功率公式 “=B5*B5*B4”，然后用拖拉的方

10、法从工作表的B6单元格一直拖到U6单元格，让第二组到第二十组的实验数据自动得到相应的输出功率公式，这样以后我们只要一输入实验数据（电阻R和电流I），就可以得到相应的输出功率了。要在一大组数据中马上得到最大的输出功率，我们可以在工作表B9单元格写上公式“=MAX(B6:U6)”，这样当20组实验数据（电阻R和电流I）输入完毕后，B9单元格马上就会显示出本次实验电源的最大输出功率数值。如果想知道电源输出功率达到最大值时，外电路的电阻是多大呢？输出电流是多大呢？我们可以在B7单元格输入公式“=IF(B6=$B9),"最大值","")”，这个公式表示，如果B7单

11、元格上面这组数据（第一组实验数据）的输出功率是最大值，则在B7单元格表二 实验测定数据记录表次数数值1234567R（）2345678I（A）0.0990.09250.08650.08150.07680.07250.0685次数数值891011121314R（）9101112131415次数I（A）0.06580.06250.05960.05720.05450.05210.0503数值151617181920R（）161718192022I（A）0.04850.0470.04520.04380.04220.04里显示最大值三个字，如果不是最大值，则B7单元格什么也不显示。我们还是用拖拉的方法从

12、工作表的B7单元格一直拖到U7单元格，让第二组到第二十组的数据自动得到相应的同最大值相比较比较的公式，这样当我们把测量到的所有实验数据（电阻R和电流I）输入完毕后，具有最大输出功率值那组数据的下方将会自动出现“最大值”三个字，很方便我们从一大推实验数据中找到可以输出最大功率值的那一组实验数据。当我们把上面的公式全部输入完毕后，以后只要输入实验数据（电阻R和电流I）就可以自动得到每一组数据的相应输出功率值，并自动显示出最大的输出功率值，并在产生最大输出功率值的那组实验数据下面显示出“最大值”三个字。表三 研究电源的输出功率与外电阻之间关系的工作表3、 用Excel工作表绘实验图象本次实验是通过改

13、变R得到许多组R、I的数据，计算出P，然后在P-R坐标中通过描点，画出对应的曲线，然后再来分析实验结果的。由于数据比较多，还要在黑板经过描点、作图等步骤，这样所用的时间比较长，容易在课堂上造成冷场。我们可以利用Excel工作表所提供绘图的功能，在输入实验数据后，快速画出我们所需要的实验图象，提高我们的教学效果。在上面的实验数据处理完毕后，我们首先把第四行单元格中的A4-U4段单元格(代表输入进去的20组R值)涂黑，再把第六行单元格中的A6-U6段单元格（代表由Excel工作表自动计算出来的20个P出值）涂黑，然后单击“插入” “图表” “XY散点图”，在子图表类型中选中“平滑线散点图”就可以出