网页版计算器在民办本科高校物理教学中的应用

　　摘要:网页版计算器是一款免费、无须安装、不受操作系统限制、可直接在移动设备浏览器上运行的科学计算器。本文结合物理实验数据处理教学中的重难点，介绍网页版计算器在求标准偏差、逐差法和线性拟合法的使用方法。其具有免费、便携、简单易学和计算精度高等优点，为民办本科高校物理教学提供一种新的实验数据处理途径。

　　关键词:网页版计算器;大学物理实验;数据处理

　　物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修课。物理实验课使学生在实验思想、方法、手段、技能各方面得到较为系统、严格的训练，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础[1]。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用[2]。在实验过程中学生面对大量的测量数据，必须具备扎实的数据分析和处理能力。

　　而民办本科高校学生普遍理论基础和计算能力较为薄弱，导致学生实验困难最终造成学生对物理实验缺乏兴趣。选择合适的实验数据处理工具能让计算过程变得简单高效，从而弥补学生能力的不足，增强学生对物理实验的热情。传统计算器价格贵，且使用方法复杂，学生需要花费大量时间来学习掌握。随着科技的发展，越来越多师生利用计算机软件如Excel、Origin、MATLAB、Mathematica等[3-11]来处理实验数据。但是大多数民办本科高校受到实验室场地条件和办学经费的限制，无法在物理实验室配置计算机。

　　近几年，随着智能手机的普及，师生几乎人手一台，能直接在智能手机上运行的计算器[2]被大量开发出来。其中比较优秀的移动端计算器如MathStudio是一款可安装在智能手机上、功能强大的科学图形计算器，但其APP版是付费应用的，价格高昂。而且计算器在安卓平台和iOS平台的使用方法还不相同，导致教师在使用MathStudioApp教学时费时费力。网页版MathStudio是免费的、无须安装、可直接在移动设备浏览器上运行。

　　只需打开手机浏览器，登录官网mathstud.io即可使用，不受操作系统限制。将网页版MathStudio引入物理实验课堂能使师生在处理实验数据时便利，还可以为民办本科高校实验教学节省办学资金。本文重点介绍web版MathStudio在计算标准偏差、逐差法和线性拟合法的应用，为民办本科高校师生在处理实验数据时提供一种新途径。

　　一、网页版计算器求实验标准偏差

　　网页版计算器在多次重复测量同一物理量，计算随机误差的应用举例。参考文献[1]中长度测量实验，使用游标卡尺重复测量铝筒外径6次。在智能手机上打开浏览器，登录官网mathstud.io，计算铝筒外径的标准偏差即多次测量的随机误差。在网页主界面Catalog目录下找到标准偏差StandardDeviation函数，点击选中StandardDeviation函数，并将函数后中括号里面的数据修改为实验测量数据，按回车键 得到计算结果。即铝筒外径的标准偏差UA=0.020976mm。仪器误差UB=0.02mm，总不确定度U=0.0289mm。则铝筒最终测量结果表达式为D外=(34.02±0.03)mm。

　　二、网页版计算器在逐差法的运用

　　参考文献[1]中空气声速测量实验，采用相位比较法测声速。先将超声波发射信号和超声波接受信号同时接入示波器，并将示波器TIME旋钮调至“X-Y”挡位。旋转声速测量仪上的手轮，超声波接收器慢慢的远离超声波发射端。此时发现示波器上的李萨如图形开始连续变化，每当图形由椭圆变为直线时，在游标卡尺上读取超声波接收器的位置，连续读取12个位置的数据。为了防止回程误差的产生，在测量过程中，声速测量仪手轮只能朝同一个方向旋转，中途不能反向。

　　在网页主界面的命令行第一行输入前6次游标卡尺读数;在第二行输入后6次游标卡尺读数;第三行为第二行数据减第一行数据的差值;第四行用mean函数计算位置平均值。

　　三、网页版计算器在线性拟合法运用

　　参考文献[1]中光电效应测普朗克常量实验，由光电效应方程推导出计算公式U0=heν-We。由此可知，在实验过程中随着入射光频率ν不断的减小，电子吸收光子获得的动能也会变小，其对应的截止电压U0也应减小。即截止电压U0与入射光频率ν成正比，两者关系图形为一条直线。

　　在主页界面Catalog目录下找到线性拟合LinearFitModel函数。点击选中LinearFitModel函数后，将函数前面括号里面数据修改为频率测量值，后面中括号里面数据修改为截止电压测量值，按回车键计算。结果显示斜率a=0.41359，相关系数r=0.99924。则普朗克常数h=ae=6.617×10-34J·s，理论值h0=ae=6.626×10-34J·s，则实验测量相对误差为E=1.36%。

　　四、结语

　　本文结合物理实验数据处理教学中的重难点，介绍免费的网页版MathStudio在计算不确定度、线性拟合和逐差法中的应用。相较于使用计算机来进行实验数据处理则必须在教室配置电脑，不仅价格贵，还占用实验室空间。网页版计算器不受设备操作系统限制，只要移动设备能登录官网MathStudio.io即可使用，其具有免费、便携、简单易学和计算精度高等优点，是一种新的实验数据处理途径。网页版计算器的使用不仅可以为师生处理实验数据带来便利，还能为民办本科高校实验教学节省资金。本校已将网页版MathStudio计算器的运用作为课程改革项目[12]引入大学物理实验课堂，广受师生好评。

　　参考文献:

　　[1]王天会，李昂.物理实验简明教程[M].北京:高等教育出版社，2016.

　　[2]刘仁臣，陆静.力学基本量测量实验中育人和育才双效结合教育的探索[J].高教学刊，2019(25):51-54.

　　[3]马明玥.APP助力高职数学课堂教学的探索与改革[J].数学学习与研究，2017(15):12-13.

　　[4]郭晓春.逐差法和Excel在牛顿环实验数据处理中的比较[J].大学物理实验，2017(01):128-130.

　　[5]姬鹏飞，万明理，孙现亭.Excel和Origin在大学物理实验数据处理中的应用探讨[J].电脑知识与技术，2021，17(16):227-229.

　　[6]郑君刚，陈彪，樊旭峰，刘悦.大学物理实验数据处理的Matlab应用[J].大学物理实验，2015(02):116-117.

　　[7]赵文丽，高峰，王永刚，曹学成.Mathematica在大学物理教学中的应用举例[J].物理通报，2019(08):10-13.

　　作者：张亚军

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