Excel圖表在物理實驗教學(xué)中的作用

生活在這個豐富多彩的世界，幾乎對所有的知識的認(rèn)知都首先來自于視覺。也許人們無法記住一連串的數(shù)字，以及它們之間的關(guān)系和趨勢，但卻可以很輕松地記住一幅圖畫或者一個曲線。物理探究試驗中往往會有大量的探究數(shù)據(jù)，直接觀察數(shù)據(jù)無法得到有效結(jié)論，如果用傳統(tǒng)的方法處理數(shù)據(jù)又需要大量的時間和精力，而且往往無法保證實驗的準(zhǔn)確性，在實驗的過程中結(jié)合Excel高級制圖功能會使得物理實驗的過程變得更簡單，結(jié)果更準(zhǔn)確，因此在物理教學(xué)過程中Excel圖表的應(yīng)用值得廣大教師引起重視。本文以高中物理教學(xué)中的兩個實例說明Excel圖表在教學(xué)中的作用

一 討論勻變速直線運動中位移和時間關(guān)系

實驗探究過程中，首先用長木板、小車、勾碼、刻度尺、電磁式打點計時器（6V 50HZ）等建立勻變速直線運動模型（見圖1）。在實驗過程中，可以每隔一個點（0.04s）選一個計數(shù)點，測量出每個計數(shù)點到第一點的位移，得到數(shù)據(jù)見表1：

通過表1可以得到諸如0.04S、0.08S的位移，那么如何得到0.41S的位移呢，這是測量不能完成的工作，這里可以借助Excel強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能找到位移和時間的統(tǒng)計規(guī)律，并且添加趨勢線后得圖2。

通過統(tǒng)計規(guī)律可以粗略地獲得0～0.48S內(nèi)任一時刻的小車位移。但是，如何才能獲得0.5S甚至更長時間段內(nèi)某時刻的位移呢？這要求我們把圖像向右延伸。在高中物理教學(xué)中，為了避免視覺的誤差，往往把圖像變更成一次函數(shù)圖像。所以首先要猜測位移和時間好像是二次函數(shù)關(guān)系，甚至是更加復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。為了驗證猜測，首先可以驗證x與t2的關(guān)系，得到數(shù)據(jù)見表2。

再通過Excel處理數(shù)據(jù)功能轉(zhuǎn)化成散點圖并添加趨勢線如圖3。

通過圖像，我們可以通過實驗的方法基本上得到勻變速直線運動中位移和時間的平方成正比，再通過微元法對勻變速直線運動的速度時間圖像進(jìn)行分析，又可以從理論的角度得到同樣的結(jié)論。 二 行星與太陽間的引力

這一節(jié)的教學(xué)大都是按照課本上從理論的角度推導(dǎo)，如果能用Excel處理數(shù)據(jù)的方式教學(xué)會讓學(xué)生更容易理解和接受。

引入：隨著電影《2012》的熱播，很多觀眾對把天文現(xiàn)象與自然災(zāi)害聯(lián)系在一起產(chǎn)生恐慌。影片中極力渲染的九大行星在各自軌道上不停地圍繞太陽運轉(zhuǎn)，軌道、運行速度和周期均不同，但經(jīng)過一定時期九顆行星會同時運行到太陽的一側(cè)，聚在一個扇形區(qū)域，這種現(xiàn)象叫做“連珠”。一般來說，行星的數(shù)目越多，聚在一起或排成一線的機(jī)會也越少。九顆行星都會聚到一起稱為九星連珠。那么九星連珠現(xiàn)象到底會不會給地球帶來災(zāi)難呢？

教學(xué)中，先介紹八大行星圍繞太陽做近似勻速圓周運動的周期和軌道半徑（見表3）。

利用Excel工具計算出各行星向心加速度，觀察數(shù)據(jù)從水星到海王星到太陽距離逐漸增大，而加速度逐漸減小，所以再算出各軌道半徑的倒數(shù)，并且繪制加速度a和軌道半徑倒數(shù)1/r的關(guān)系圖像（見圖4）。

和上例同樣的原因，進(jìn)一步繪制加速度a和軌道半徑倒數(shù)平方1/r2的關(guān)系圖像（見圖5）。

通過表3基本上可以判斷行星做勻速圓周運動時向心加速度與太陽到行星距離的平方成反比，再結(jié)合牛頓第二定律

可以得到結(jié)論 。然后再從公式 = =

和 ，得到結(jié)論 或 。理論推導(dǎo)和實

探究相吻合，F(xiàn)更加驗證了結(jié)論的正確。再進(jìn)一步推導(dǎo)，

最終得到結(jié)論 。

以太陽到地球的距離為單位1，以地球質(zhì)量為單位1，以太陽質(zhì)量除以太陽到地球距離平方的比值為1，可以清楚地看到其他任何行星質(zhì)量除以行星到地球距離平方的比值都比1小得多，所以其他行星對地球作用力可以忽略不計（見表4）。至此，“九星連珠”引起災(zāi)難的擔(dān)心實在是一些科幻小說家的杞人憂天。

通過以上兩個例子不難看出，Excel圖表可以使教學(xué)過程形象、直接、容易接受，使教學(xué)效果事半功倍。在現(xiàn)代教育技術(shù)不斷發(fā)展的今天，這種新的教學(xué)手段給我們提供了一種新的解決物理問題的方法，廣大教師在教學(xué)過程中可以不斷地推廣發(fā)展。

〔責(zé)任編輯：王以富〕