巧用excel解决物理中的数学难点

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1、巧用Excel解决物理中的数学难点物理中有许多问题需要计算、推导、数据分析，虽然物理学科要求学生掌握一定的数学分析、计算能力，但是计算的数据量过大、计算过程过于繁锁会给教学带来困难，不利于提高课堂的教学效率。笔者通过尝试发现：若教师引导学生对所研究的物理问题先明确物理过程、理解物理原理，再应用Excel电子表格的数据处理和绘制图线的功能，巧妙处理物理数据会大大提高课堂教学效率，突破这些教学难点。Excel的绘制图线功能还便于教师将实验课上学生的实验数据快速绘制成精确的图线展示给大家，实现实时分析实验问题、交流实验技巧，

2、增强了实验课教学的互动性。下面以一些实例进行说明：一．绘制直观图线，分析复杂数据特征：恒定电流部分，滑动变阻器的限流式接法和分压式接法是很重要的一个内容。为使部分电路的电压获得最大的变化范围，应该将滑动变阻器按照分压式接法。选择分压式接法时，若给定的实验仪器中有两个滑动变阻器，我们一般选择小阻值的。这是依据什么呢？在忽略电源的内阻的情况下，设电灯的电阻为RL，电源的电动势为E，滑动变阻器的最大阻值为R与电灯并联部分的电阻为Rx，可以推导出电灯的电压为：Ux=，但Ux与Rx的关系较复杂，这个表达式并不能解释选择小阻值滑动

3、变阻器的原因。在Excel中，设定灯泡电阻RL=100Ω，电源电动势E=10V，大阻值滑动变阻器R大=1000Ω，小阻值滑动变阻器R小=10Ω，分别将大小滑动变阻器作分压式接法，并将其阻值按其最大阻值的十分之一变化，列出相应的Ux与Rx的数据表格：R大/Ω0100200300……8009001000Ux/V00.530.770.97……3.084.7410R小/Ω0123……8910Ux/V00.991.972.94……7.878.9210在Ux单元格内对应输入计算公式，来计算灯泡获得的电压。例如R大=100Ω所在单元

4、格为C3，Ux单元格内的公式为：fx=100*C3*10/(100+C3)/(100*C3/(100+C3)+(1000-C3))，依此类推可以得到所有灯泡电压Ux的完整数据。4选择R大、Ux十对数据，用“图表向导”构建图像。图表类型选择“XY散点图”，子图表类型选择“平滑线散点图”适当选取坐标名称等项目即可构建出如图所示的图线。大电阻分压变化图线01234567891002004006008001000电阻R电压U小电阻分压变化图线0123456789100246810电阻电压由于物理学中的数据图线主要是描述两个物理

5、量之间的关系和变化规律，因此“XY散点图”对于物理规律图线是十分适用的。而且，依据物理量的变化规律往往画的是平滑曲线，因此Excel中的“平滑线散点图”对于物理作图是很实用的。以同样的方法可以得到小电阻变化时分压电路电压的变化规律，很明显小阻值滑动变阻器在采用分压式接法时，分压电路的电压随滑动变阻器阻值变化接近于线性，而大阻值滑动变阻器在0到900Ω之间分压支路电压始终小于电源电动势的一半~5V。这样通过直观的数学图线可以立即说明选择小电阻的原因，提高了课堂的教学效率、加强了学生的印象。一．数形结合讨论极值：闭合电路欧

6、姆定律中，“电源的最大输出功率”问题是恒定电流部分典型的讨论极值问题。常规教学中，由于公式推导和最大值讨论较复杂，学生很难主动分析清楚。所以，这个问题的解决主要以教师讲解、推导为主。得到电源输出功率的表达式：P出==，结合基本不等式≥2r得出P出≤，即当R=r时，电源有最大输出功率。4如果对该问题的解决先以学生的猜想为基础，然后引领学生通过Excel模拟计算出不同外电阻情况下电源的输出功率，通过构建图线让学生发现电源输出功率随外电阻R的变化规律，增强学生对该问题的直观感受，最终引导学生通过理论推导、综合分析，得出电源输

7、出功率的变化规律。其间通过Excel协助学生进行探究、总结，更注重了学生知识构建的过程，也培养了学生以实验数据为本，注重数据分析的良好物理素养。下面介绍一下具体Excel的操作方法：在Excel下分别列出外电阻和电源输出功率的数据表格，通过在B4单元格插入函数fx=100*B3/((B3+1)*(B3+1))计算对应外电阻（B3）下的电源输出功率，通过填充柄将电阻一直以0.5Ω数值增大到合适的大小，并绘制相应的图线，可以清晰地看出P出随R的变化规律。通过直观图线和数学分析的相结合，实现分析极值的目标。051015202

8、530024681012141618P/WR/Ω设E=10Vr=1ΩR外00.10.30.51.01.52.02.5……P出08.317.822.2252422.220.4……三．解决变化复杂的物理问题：0.080.160.240.320.4000.30.60.91.21.5角度电场强度在物理问题中，有时会碰到变化复杂的函数关系，