Excel在夫兰克_赫兹实验教学中的应用_桂传友VIP免费

1引言20世纪初，在原子光谱的研究中确定了原子存在，1914年，夫兰克-赫兹第一个用实验证明了原子能级的存在。F-H实验的结果为玻尔的原子模型理论提供了直接证据，独立证明了原子波尔理论的正确性，由此获得了1925年诺贝尔物理学奖。该实验从设计至今已有近百年的历史，期间，人们对实验仪器进行了多次的改进[1-5]，使得测量数据更方便，测量的结果也更精确。然而实验数据处理是实验当中重要的一个环节，实验数据处理的好坏，将直接影响到实验的结果的精确程度。在本实验中，即使学生已经很好地掌握了数据的处理方法，仍然要进行大量的繁琐的计算、绘图的工作，这样不但影响到工作效率的提高，还会引入更大的测量误差。随着计算机普及和学生使用计算机能力的提高，我们可以采用计算机处理实验数据的方法，这样可以大大提高实验数据处理的精确性，但这往往需要使用专门的计算机语言来进行编程[6]，这对于非计算机专业的学生来说具有一定的困难。然而，Excel是常用的应用软件之一，它具有强大的计算功能和图表处理功能，利用它来进行数据的处理，可以防止运算中的错误，利用它的图表功能，使得利用数据作图变得十分容易，并且可能帮助我们对实验结果进行分析，使用它的过程中，不需要专门的计算机语言来进行编程，将它用在夫兰克-赫兹实验数据处理教学中，简便易行，效果良好。本文第2部分介绍如何用Excel的图表功能绘制夫兰克———赫兹实验中的加速电压和阳极电流之间的关系曲线；第3部分介绍如何用Excel的强大的计算功能，采用逐项相减求平均法和逐差法处理夫兰克-赫兹实验数据，第4部分计算功能对实验结果进行不确定度分析。2利用Excel图表功能绘制实验曲线本实验采用的仪器是FD-FH-I夫兰克-赫兹仪，原理示意如图1所示。图1FD—FH—I夫兰克—赫兹仪原理示意图具体实验过程可参阅文献[16]，在此不作详细介绍，可测得实验数据如下表1。Excel在夫兰克—赫兹实验教学中的应用桂传友(池州学院物理与机电工程系，安徽池州247000)[摘要]夫兰克-赫兹实验是大学物理的经典实验之一，但由于这个实验中所要测量和处理的实验数据量庞大，在数据处理的过程中，工作枯燥繁琐，容易出现错误，而用计算机处理数据不仅可以大大提高工作效率，还可以使学生把主要精力放在对实验本身实质的理解上来。本文利用普及率较高的Office组件中的Excel来处理分析数据，可以避免用专门的计算机语言来编程的烦恼，从而可为大多数的非计算机专业的学生来方便使用，简单易行，效果良好。[关键词]夫兰克-赫兹实验；Excel；图表功能；内嵌函数。[中图分类号]TP39；O4-39[文章标识码]A[文章编号]1674-1102(2010)06-0123-04收稿日期：2010-10-12基金项目：安徽省省级质量工程教学研究项目(20101125)。作者简介：桂传友(1966-)，男，安徽池州人，池州学院物理与机电工程系副教授，硕士，主要从事大学物理和实验教学及量子光学和量子信息方面的研究。JournalofChizhouCollege2010年12月第24卷第6期Dec.2010Vol.24No.6表1夫兰克-赫兹实验原始实验数据这么多的实验数据，要是用手工描点作图法，需要描绘出180个实验点，工作量十分巨大，而且很容易出错，然而，如若我们使用Excel的作图功能，将会使得作图过程变得十分轻松简洁，具体操作过程如下：（1）运行Excel，将工作薄的第一张工作表更名为“实验原始数据”并在其中录入原始的实验数据，在A1单元格中填入“加速电压UGK”，B1单元格中填入“阳极电流IP”，如图2所示。图2原始实际数据（2）单击具“插入”中的“图表”命令，选取图表类型为“散点图”，子图表类型选取“平滑线散点图”，如图3所示。图3图表向导4-1标准类型选项卡（3）单击“下一步”，选填“数据区域”和“系列”选项卡分别如图4、5所示。图4图表向导4-2标准类型选项卡2.4单击“下一步”，选填“标题”选项卡如图6所示。图6图表向导4-2标准类型选项卡（5）再单击“下一步”、单击“完成”，然后对得到的图形进行适当的修整，可以得到加速电压与阳极电流间的关系曲线，如图7所示。图7Exce绘制的实验曲线3利用Excel计算功能，处理实验数据根据刚刚绘制的实验曲线，分析可见在加速电压为10-20之间、30、40、...