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网页版Mathstudio在大学物理实验教学中的应用

张亚军

珠海科技学院公共基础与应用统计学院,519041

摘要: 网页版MathStudio是一款免费的、无需安装,可直接在移动设备浏览器上运行的科学图形计算器。本文结合物理实验数据处理教学中的重难点,着重介绍网页版MathStudio在计算标准偏差、逐差法和线性拟合法的应用。其具有免费、便携、简单易学和计算精度高等优点,为广大师生提供一种新的实验数据处理途径。
关键词: 网页版MathStudio; 大学物理实验; 数据处理
DOI:10.12721/ccn.2021.157034
基金资助:广东省本科高校教学质量与教学改革工程,项目编号:2017002
文章地址:https://ccnpub.com/wenzhangd-2-14975

在大学物理实验教学中,选择何种工具来处理实验数据较难抉择。随着科技的发展,很多师生利用计算机软件如Excel、Origin、MATLAB来处理实验数据。但是受到实验室场地和办学经费限制,能配置计算机的学校较少。近年来,智能手机得到普及,很多移动端计算软件被开发出来。MathStudio是一款可安装在智能手机上的科学计算器,但其APP版是付费应用,且价格高昂。而网页版MathStudio是免费的、无需安装、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。虽然对比APP版功能有少许缺失,但在处理实验数据时影响不大。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。

一、网页版MathStudio计算实验标准偏差

参考文献中长度测量实验,铝筒外径测量数据如表1所示。在智能手机上打开浏览器,登陆MathStudio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。

表1   铝筒外径数据表

21.png

如图1所示,在MathStudio主界面Catalog目录下找到标准偏差StandardDeviation函数,点击选中函数并将括号里面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。

22.png 图1MathStudio计算标准偏差                                         图2 MathStudio逐差法计算

二、网页版MathStudio逐差法计算

参考文献中声速测量实验,采用相位比较法测波长。每当李萨如图形由椭圆变为直线,在游标卡尺上读取接收器的位置,连续读取12个位置的数据如表2所示。

23.png表2   声速测量数据表

实验频率: 37.689khz         ;实验温度:  24.0℃        。

如图2所示,MathStudio命令行第一行为前6次游标卡尺读数;第二行为后6次游标卡尺读数;第三行为逐差法计算结果;第四行为位置平均值。结果显示。则波长,声速。测量相对误差E=0.87%。

三、网页版MathStudio线性拟合法计算

参考文献中光电效应测普朗克常量实验,由公式可知截止电压与入射光频率成正比,计算出斜率,则普朗克常量。实验测量数据如表3所示。

表3  截止电压与入射光频率关系数据表    光阑直径:   4mm       。


24.png

25.png图3 MathStudio线形拟合计算

如图3所示,在MathStudio主界

面Catalog目录下找到线性拟合LinearFitModel函数,将括号里面数据修改为测量数据,按回车键计算。结果显示斜率=0.41359,相关系数r=0.99924。

普朗克常数

测量相对误差E=1.36%。

四、结语

介绍免费的网页版MathStudio在大学物理实验数据处理中的应用。结合大学物理实验教学中数据处理的重难点,着重描述网页版MathStudio在计算标准偏差、逐差法和线性拟合法的使用。免费的网页版MathStudio相比付费app版,虽然功能有少许缺失,但在实验数据处理时影响很小。网页版不受设备操作系统限制,只要移动设备能登录官网MathStudio即可,为高校实验教学节省资金。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。本校已将网页版MathStudio运用作为课程改革项目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]李昂,王天会,刘仁臣,汪亮,彭庶修.独立学院省级物理实验教学示范中心建设与实践[J]. 实验室研究与探索 . 2019(06)