本文摘要：摘要:網頁版計算器是一款免費、無須安裝、不受操作系統限制、可直接在移動設備瀏覽器上運行的科學計算器。本文結合物理實驗數據處理教學中的重難點，介紹網頁版計算器在求標準偏差、逐差法和線性擬合法的使用方法。其具有免費、便攜、簡單易學和計算精度高等優點，為民
摘要:網頁版計算器是一款免費、無須安裝、不受操作系統限制、可直接在移動設備瀏覽器上運行的科學計算器。本文結合物理實驗數據處理教學中的重難點，介紹網頁版計算器在求標準偏差、逐差法和線性擬合法的使用方法。其具有免費、便攜、簡單易學和計算精度高等優點，為民辦本科高校物理教學提供一種新的實驗數據處理途徑。
關鍵詞:網頁版計算器;大學物理實驗;數據處理
物理實驗課是高等理工科院校對學生進行科學實驗基本訓練的必修課。物理實驗課使學生在實驗思想、方法、手段、技能各方面得到較為系統、嚴格的訓練，同時能提供綜合性很強的基本實驗技能訓練，是培養學生科學實驗能力、提高科學素質的重要基礎[1]。它在培養學生嚴謹的治學態度、活躍的創新意識、理論聯系實際和適應科技發展的綜合應用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用[2]。在實驗過程中學生面對大量的測量數據，必須具備扎實的數據分析和處理能力。
而民辦本科高校學生普遍理論基礎和計算能力較為薄弱，導致學生實驗困難最終造成學生對物理實驗缺乏興趣。選擇合適的實驗數據處理工具能讓計算過程變得簡單高效，從而彌補學生能力的不足，增強學生對物理實驗的熱情。傳統計算器價格貴，且使用方法復雜，學生需要花費大量時間來學習掌握。隨著科技的發展，越來越多師生利用計算機軟件如Excel、Origin、MATLAB、Mathematica等[3-11]來處理實驗數據。但是大多數民辦本科高校受到實驗室場地條件和辦學經費的限制，無法在物理實驗室配置計算機。
近幾年，隨著智能手機的普及，師生幾乎人手一臺，能直接在智能手機上運行的計算器[2]被大量開發出來。其中比較優秀的移動端計算器如MathStudio是一款可安裝在智能手機上、功能強大的科學圖形計算器，但其APP版是付費應用的，價格高昂。而且計算器在安卓平臺和iOS平臺的使用方法還不相同，導致教師在使用MathStudioApp教學時費時費力。網頁版MathStudio是免費的、無須安裝、可直接在移動設備瀏覽器上運行。
只需打開手機瀏覽器，登錄官網mathstud.io即可使用，不受操作系統限制。將網頁版MathStudio引入物理實驗課堂能使師生在處理實驗數據時便利，還可以為民辦本科高校實驗教學節省辦學資金。本文重點介紹web版MathStudio在計算標準偏差、逐差法和線性擬合法的應用，為民辦本科高校師生在處理實驗數據時提供一種新途徑。
一、網頁版計算器求實驗標準偏差
網頁版計算器在多次重復測量同一物理量，計算隨機誤差的應用舉例。參考文獻[1]中長度測量實驗，使用游標卡尺重復測量鋁筒外徑6次。在智能手機上打開瀏覽器，登錄官網mathstud.io，計算鋁筒外徑的標準偏差即多次測量的隨機誤差。在網頁主界面Catalog目錄下找到標準偏差StandardDeviation函數，點擊選中StandardDeviation函數，并將函數后中括號里面的數據修改為實驗測量數據，按回車鍵 得到計算結果。即鋁筒外徑的標準偏差UA=0.020976mm。儀器誤差UB=0.02mm，總不確定度U=0.0289mm。則鋁筒最終測量結果表達式為D外=(34.02±0.03)mm。
二、網頁版計算器在逐差法的運用
參考文獻[1]中空氣聲速測量實驗，采用相位比較法測聲速。先將超聲波發射信號和超聲波接受信號同時接入示波器，并將示波器TIME旋鈕調至“X-Y”擋位。旋轉聲速測量儀上的手輪，超聲波接收器慢慢的遠離超聲波發射端。此時發現示波器上的李薩如圖形開始連續變化，每當圖形由橢圓變為直線時，在游標卡尺上讀取超聲波接收器的位置，連續讀取12個位置的數據。為了防止回程誤差的產生，在測量過程中，聲速測量儀手輪只能朝同一個方向旋轉，中途不能反向。
在網頁主界面的命令行第一行輸入前6次游標卡尺讀數;在第二行輸入后6次游標卡尺讀數;第三行為第二行數據減第一行數據的差值;第四行用mean函數計算位置平均值。
三、網頁版計算器在線性擬合法運用
參考文獻[1]中光電效應測普朗克常量實驗，由光電效應方程推導出計算公式U0=heν-We。由此可知，在實驗過程中隨著入射光頻率ν不斷的減小，電子吸收光子獲得的動能也會變小，其對應的截止電壓U0也應減小。即截止電壓U0與入射光頻率ν成正比，兩者關系圖形為一條直線。
在主頁界面Catalog目錄下找到線性擬合LinearFitModel函數。點擊選中LinearFitModel函數后，將函數前面括號里面數據修改為頻率測量值，后面中括號里面數據修改為截止電壓測量值，按回車鍵計算。結果顯示斜率a=0.41359，相關系數r=0.99924。則普朗克常數h=ae=6.617×10-34J·s，理論值h0=ae=6.626×10-34J·s，則實驗測量相對誤差為E=1.36%。
四、結語
本文結合物理實驗數據處理教學中的重難點，介紹免費的網頁版MathStudio在計算不確定度、線性擬合和逐差法中的應用。相較于使用計算機來進行實驗數據處理則必須在教室配置電腦，不僅價格貴，還占用實驗室空間。網頁版計算器不受設備操作系統限制，只要移動設備能登錄官網MathStudio.io即可使用，其具有免費、便攜、簡單易學和計算精度高等優點，是一種新的實驗數據處理途徑。網頁版計算器的使用不僅可以為師生處理實驗數據帶來便利，還能為民辦本科高校實驗教學節省資金。本校已將網頁版MathStudio計算器的運用作為課程改革項目[12]引入大學物理實驗課堂，廣受師生好評。
參考文獻:
[1]王天會，李昂.物理實驗簡明教程[M].北京:高等教育出版社，2016.
[2]劉仁臣，陸靜.力學基本量測量實驗中育人和育才雙效結合教育的探索[J].高教學刊，2019(25):51-54.
[3]馬明玥.APP助力高職數學課堂教學的探索與改革[J].數學學習與研究，2017(15):12-13.
[4]郭曉春.逐差法和Excel在牛頓環實驗數據處理中的比較[J].大學物理實驗，2017(01):128-130.
[5]姬鵬飛，萬明理，孫現亭.Excel和Origin在大學物理實驗數據處理中的應用探討[J].電腦知識與技術，2021，17(16):227-229.
[6]鄭君剛，陳彪，樊旭峰，劉悅.大學物理實驗數據處理的Matlab應用[J].大學物理實驗，2015(02):116-117.
[7]趙文麗，高峰，王永剛，曹學成.Mathematica在大學物理教學中的應用舉例[J].物理通報，2019(08):10-13.
作者：張亞軍
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