§2—5  用Excel软件进行实验数据处理
Excel是一个功能较强的电子表格软件，具有强大的数据处理、分析和统计等功能。它最显著的特点是函数功能丰富、图表种类繁多。用户能在表格中定义运算公式，利用软件提供的函数功能进行复杂的数学分析和统计，并利用图表来显示工作表中的数据点及数据变化趋势。在大学物理实验中，可帮助我们处理数据、分析数据、绘制图表。Excel软件操作便捷、掌握容易，用于实验数据的处理非常方便。下面简单介绍其在实验数据处理中的一些基本方法。
1.工作表、工作簿、单元格、区域等概念
1)工作表
启动Excel后，系统将打开一个空白的工作表。工作表有256列，用字母A，B，C，…命名；有65536行，用数字1，2，3…命名。
2)工作簿
一个Excel文件称为一个工作簿，一个新工作簿最初有3个工作表，标识为Sheetl，Sheet2，Sheet3，若标签为白即为当前工作表，单击其他标签即可成为当前工作表。
3)单元格
工作表中行与列交叉的小方格称为单元格，Excel中的单元格地址来自于它所在的行和列的地址，如第C列和第3行的交叉处是单元格C3，单元格地址称为单元格引用。单击一个单元格就使它变为活动单元格，它是输入信息以及编辑数据和公式的地方。
4)表格区域
表格区域是指工作表中的若干个单元格组成的矩形块。
指定区域：用表格区域矩形块中的左上角和右下角的单元格坐标来表示，中间用“：”隔开。如A3：E6为相对区域，$A$3：$E$6为绝对区域。$A3：$E6或A$3：E$6为混合区域。
5)工作表中内容的输入
① 输入文本
文本可以是数字、空格和非数字字符的组合，如：1234，1+2，A&ab、中国等，单击需输入的单元格，输入后，按方向键或回车键来结束。
② 输入数字
在Excel中数字只可以为下列字符：
30
大学物理实验
0123456789+ ,(  )，*／％，E。
输入负数：在数字前冠以减号(—)，或将其置于括号中。
输入分数：在分数前冠以0，如键入01／20。
数字长度超出单元格宽度时，以科学记数(7.89E+08)的形式表示。
③ 输入公式
单击活动的单元格，先输入等号“=”，表示此时对单元格的输入内容是一个公式，然后在等号后面输人具体的公式内容即可。例如：
=55+B5    表示55和单元格B5的数值的和；
=4*B5    表示4乘单元格B5的数值的积；
= B4+B5 表示单元格B4和B5的数值的和；
=SUM(A1：A6)  表示区域A1到A6的所有数值的求和。
④ 输入函数
f，打Excel包含许多预定义的或称内置的公式，它们称为函数。在常用工具栏中点击
x
开对话框（图2-5-1），选择函数进行简单的计算，或将函数组合后进行复杂的运算；还可以在单元格里直接输人函数进行计算。
图2-5-1
函数的输入方法：
① 单击将要在其中输入公式的单元格；
§2—5  用Excel 软件进行实验数据处理 31
② 单击工具栏中x f ，或由菜单栏“插入”中的“x f 函数(F)．．．”进入；
③ 在弹出的“粘贴函数”对话框中选择需要的函数；
④ 单击“确定”在弹出的函数对话框中按要求输入内容；
⑤ 单击“确定”得到运算结果。
2. 使用Excel 处理物理实验数据
物理实验中实验数据的处理、不确定度的计算、绘制表格和实验数据的图示等，这些工作可以利用Excel 中的内置工作表函数得到很方便的解决。在实验数据处理中经常使用的一些函数有：求和函数（SUM ）、算术平均值函数（A VERAGE ）、标准偏差函数（STDEV ）、计数函数（COUNT 、C
OUNTIF ）、线性回归拟合方程的斜率函数（SLOPE ）、线性回归拟合方程的截距函数（INTERCEPT ）、线性回归拟合方程的预测值函数（FORECAST ）、相关系数函数（CORREL ）、ｔ分布函数（TINV ）、最大值函数（MAX ）、最小值函数（MIN ）、近似函数（ROUND 、ROUNDDOWN 、ROUNDUP 、INT ）和一些数学函数（SIN 、COS 、TAN 、LN 、LOG10、EXP 、PI 、SQRT 、POWER ）等。
下面介绍几种物理实验数据处理方法：
1) 最小二乘法线性拟合处理物理实验数据
最小二乘法线性拟合是大学物理实验数据处理的基本方法之一。在大学物理实验中，经常要观测两个有函数关系的物理量，根据两个量的许多组观测数据来确定它们的函数关系曲线，并借助线性或曲线方程的参数来求出这些物理量。但其计算量较大，绘图时误差也大，而利用Excel 的函数功能可以很方便地处理实验数据。
图2-5-2
例如：“普朗克常数的测定实验”中，测得不同频率下的光电效应的截止电压在表中D3：D7区域，由光电效应方程：S S W h U v e e
=−，和满足线性关系式，（S U v y kx b =+S y U =，
大学物理实验32
x v =，
h
k
e
=，S
W
b
e
=−），由实验数据并应用最小二乘法可求出其系数和，从而导出
关系式
k b
S
S
W
h
U v
e e
=−，由求出。首先求解线性回归拟合方程
h ek
=h y kx b
=+的斜率，
具体过程见图2-5-2。
具体的操作步骤如下：
① 单击单元格E9；
② 单击常用工具栏“
x
f”按钮；
③ 在函数名字列表中选择斜率函数“SLOPE”，单击“下一步”按钮；
④ 在Known-y’ｓ框输入“D4：D8”，在Known-x’ｓ框入“C4：C8”，单击“完成”按
钮，则单元格E9中出现斜率ｋ的数据；
⑤ 单击单元格F9，输入“=1.6*E9”，即可求出普朗克常数h。
int函数与round函数同理，可由截距函数“INTERCEPT”求得线性回归拟合方程y kx b
=+的截距b；又可由相关系数函数“CORREL”得因变量数组和自变量数组的相关系数的平方R。
2)使用Excel图表功能处理物理实验数据
Excel的图表功能为实验数据的作图、拟合直线、拟合曲线、拟合方程以及求相关系数等带来了极大的方便。其操作步骤为：
2-5-3
图
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① 选定数据表中包含所需数据的所有单元格；
② 单击工具栏中的，或单击菜单栏中的“插入(I)”，选定“图表(H) …”栏，进入“图表向导一4步骤之1”的对话框（如图2-5-3），选出希望得到的图表类型。如：XY散点图，再单击“下一步”按其要求完成本对话框内容的输入，最后单击“完成”，便可得到图表；
③ 选中图表，单击“图表”主菜单，单击“添加趋势线”命令；
④ 单击“类型”标签，选择“线性”等类型中的一个；
⑤ 单击“选项”标签，可选中“显示公式”、“显示R平方值”等复选框，再单击“确定”便可得到拟合直线或曲线、拟合方程和相关系数R平方的数值。
图2-5-4
例如：“普朗克常数的测定实验”中，实验数据如前所述，利用以上步骤进行处理，可得下图（图2-5-4）。
k h
由图2-5-4可得= 0.40，从而可算出的值。
Excel的数据处理功能非常强大，以上只简单介绍了其中很少的一部分功能，以起抛砖引玉之效。
【参考文献】
[1]沈元华，陆申龙. 基础物理实验[M]. 北京：高等教育出版社，2004. 1-15
[2]李寿松. 物理实验[M]. 南京：江苏教育出版社，1999. 8-10
[3]南京师范大学普通物教研室. 普通物理实验教程[M]. 南京：南师大出版社，1997. 7-10
[4] 李平. 大学物理实验 [M]. 北京：高等教育出版社，2004. 30—35
[5] 李增蔚. 使用Excel处理物理实验数据 [J]. 大学物理实验，2004，17(3)：65—67

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