EXCEL在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用一例

李傳國 余 雯 丁 浩 陶 薇

（文華學(xué)院 湖北 武漢 430074）

物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法主要有列表法、作圖法、逐差法和最小二乘法等［1］.用手工的方法列表、作圖、計(jì)算，費(fèi)時費(fèi)力，而且一旦出錯，修改起來很麻煩.利用計(jì)算器進(jìn)行運(yùn)算，雖然比手工運(yùn)算要快得多，但在計(jì)算量大的時候，也顯得不夠方便.目前廣為應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理與作圖軟件較多，考慮到物理實(shí)驗(yàn)課針對的主要為大一、大二的低年級學(xué)生，計(jì)算機(jī)知識薄弱，對于一些專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件不易掌握.經(jīng)過長期的實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)常用的辦公軟件Excel也可以很好地解決物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的問題.

Excel是微軟辦公套裝軟件的一個重要組成部分，它可以進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)分析和輔助決策等操作，廣泛地應(yīng)用于管理、統(tǒng)計(jì)、財經(jīng)、金融等眾多領(lǐng)域.本文中，以霍爾效應(yīng)的研究實(shí)驗(yàn)為例，闡述Excel在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用.

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［2］：固定勵磁電流Im，測量不同工作電流Is下樣品的霍爾電壓VH，并描繪出樣品的霍爾電壓與工作電流Is的關(guān)系曲線，計(jì)算出樣品的霍爾系數(shù)與載流子濃度.

保持勵磁電流Im＝0.450A不變，分別取工作電流Is為1.00，1.50，2.00，…，4.50mA，采用對稱測量法，讀取相應(yīng)的霍爾電壓測量值V1，V2，V3，V4.

1 列表

打開Microsoft Excel軟件，將設(shè)計(jì)好的表格名目欄鍵入到Excel的工作區(qū)域的單元格中，選中單元格，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇設(shè)置單元格格式選項(xiàng)，在彈出單元格格式對話框中可以對單元格的數(shù)字格式、對齊方式、字體、邊框等進(jìn)行設(shè)置，單擊外邊框和內(nèi)部，給表格添加邊框.

Microsoft Excel單元格不僅具有錄入文字的功能，還具有計(jì)算功能.將實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)錄入到相應(yīng)單元格中，鼠標(biāo)左鍵單擊選中F3單元格，鍵入“＝（B3－C3＋D3－E3）／4”回車，即可得到Is為1mA時V1，V2，V3，V4的平均值.單擊選中F3單元格，鼠標(biāo)停留在F3單元格的右下角，等鼠標(biāo)指針變成“＋”時，按住鼠標(biāo)左鍵并向下拉，即可得到F3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)10各單元格的計(jì)算值，同時選中單元格F3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)10，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇設(shè)置單元格格式選項(xiàng)，在彈出單元格格式對話框中設(shè)置數(shù)字?jǐn)?shù)值小數(shù)位數(shù)為2，結(jié)果如圖1所示.

圖1 霍爾效應(yīng)的研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格

2 作圖

VH－Is曲線可以將霍爾電壓VH與樣品工作電流Is的關(guān)系更直觀地展現(xiàn)出來.Excel提供了豐富的作圖功能.單擊菜單欄【插入】→【所有圖表類型（A）】，在彈出的對話框中選擇【XY散點(diǎn)圖】→ 【帶平滑曲線和數(shù)據(jù)標(biāo)記的散點(diǎn)圖】，點(diǎn)擊【確定】，此時會出現(xiàn)一個空白的圖表區(qū)，單擊【設(shè)計(jì)】→【選擇數(shù)據(jù)】進(jìn)入“選擇數(shù)據(jù)源”選項(xiàng)卡，在圖例項(xiàng)（系列）（S）中單擊添加（A）進(jìn)入編輯數(shù)據(jù)系列選項(xiàng)卡，“系列名稱”輸入“Vh－Is”，“X軸系列值”用鼠標(biāo)框選 A3，A4、A5，A5，A7，A8，A9，A10，“Y軸系列值”用鼠標(biāo)框選F3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)5，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)10.繪圖結(jié)果如圖2所示.單擊設(shè)計(jì)菜單可以對圖表進(jìn)行個性化的設(shè)計(jì).

圖2 VH－Is曲線

在圖表中選中VH－Is曲線，單擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“添加趨勢線”，彈出設(shè)置趨勢線格式卡，在“趨勢預(yù)測／回歸分析類型”中選擇“線性”，在顯示公式前面的“□”中單擊打勾.圖表區(qū)域會出現(xiàn)擬合曲線對應(yīng)的方程

3 計(jì)算霍爾系數(shù)與載流子濃度

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)d＝0.5mm，Im＝0.450A，線圈常數(shù)在excel單元格中錄入數(shù)據(jù)如圖3所示.

圖3 霍爾系數(shù)與載流子濃度的計(jì)算（一）表格

在C2中鍵入＝A2＊B2回車，在F2中鍵入＝D2＊E2／C2＊100000000 回 車， 在 H2 中 鍵 入1／F2／G2回車即可得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，如圖4所示.

圖4 霍爾系數(shù)與載流子濃度的計(jì)算（二）表格

4 總結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升及軟件品種的越來越豐富，計(jì)算機(jī)逐漸走近人們工作、生活的各個方面，熟練使用計(jì)算機(jī)是每位大學(xué)生必須要掌握的基本技能之一.在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中使用計(jì)算機(jī)，可以大大提高數(shù)據(jù)處理效率，減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，保護(hù)學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的積極性，同時可以培養(yǎng)學(xué)生正確使用計(jì)算機(jī)的習(xí)慣.因此物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的各個環(huán)節(jié)都應(yīng)鼓勵學(xué)生使用計(jì)算機(jī).

1 熊永紅.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004

2 李傳國.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程.北京：科學(xué)出版社，2011.118