第3章　数据处理

3.1　Excel软件在数据处理中的应用

目前，计算机已经相当普及，用计算机处理实验数据和作图的软件很多。在实验报告中，数据处理及作图一般用Office套装软件中的电子表格软件Excel，亦可用专业作图软件如Origin。Excel比较适用于制作统计图，用于制作科技曲线时相对差些。Origin作图能力较强，但缺乏数据运算能力，需与Excel配合完成数据处理，使用时需要一些技巧。本节以Exce l2007版为例并配以“异丙醇饱和蒸气压实验”的数据处理来介绍Excel软件在物理化学实验数据处理中的基本应用。

3.1.1　Excel的基本知识

点开进入Excel软件后，出现一个二维表格，其中列的编号从字母A开始，行的编号从数字1开始。表格中一个单元可以输入数值、文本、数学表达式等。软件默认情况下，Excel中文字格式为左对齐，数值为右对齐（图3.1），数学表达式显示出计算结果。上述格式都可以根据需要改变，可以利用选择性粘贴来选择数值或者表达式，对写有数学表达式的单元格进行一般的复制粘贴结果仍为数学表达式，而不是其计算的结果。

数学表达式以“等号”开始；可用加、减、乘、除、幂、圆括号等运算符，对应符号分别为+、-、*、/、∧、（　）；亦可用常见的数学函数如自然对数ln，常用对数log或log10（注意：许多软件中ln和log10均不能用，只能用log表示自然对数），自然指数exp，三角函数sin、cos和tan，反三角函数arcsin、arccos、arctan（注意：角度均为弧度），求和函数sum和平均函数average等函数[可单击插入函数图标f（x）查看其余函数]。使用函数时一定要把数值或表达式用圆括号括起来，例如，输入计算5的自然对数，应输入“=LN（5）”。

数学表达式中可用引用表格地址，即为列号和行号的组合，如B4表示第B列第4行的单元，AA15表示第AA列第15行的单元。地址中列号或者行号前可加符号$表示绝对地址，复制时表达式中的绝对地址单元格不变，而相对地址则根据粘贴后的表达式所在位置的变化而相应地变化。如图3.2所示（这里为了读者容易理解，列出的都是简单的可以直接算出答案的例子，以便验证），单元格C2到F2都输入的是A2+B2（1+5）的公式，只不过表达式各不一样，C1到F1分别是C2到F2的公式输入格式，分别把它们复制到了第3行和第4行，得到了不同的结果。比如把D3复制到D4，其公式就从“=$A$2+B2”变成了“=$A$2+B3”，“$”表示绝对地址不再变化。如果没有“$”，单元格地址就是相对地址，复制时会随相对位置变化而变化。同理，一个单元格地址或者公式也可以写成“$A2”或者“A$2”，就是说行和列可以分开处理。理解这一点非常重要，这也是用于处理实验数据的关键技巧。

若函数中要引用不连续的若干单元格，可用逗号隔开；若要引用矩形连续区域的单元格，可在两对角单元格地址中间加冒号隔开。如图3.3所示，要在F2中求出图中阴影部分数字之和，可在F2单元格中输入“=SUM（A2：C3，C5：E5）”。

3.1.2　用Excel处理实验数据

（1）数据计算

“异丙醇饱和蒸气压实验”用压力计测出系统压力，并记录实验时的室温和大气压。因此，某温度下水的饱和蒸气压可用下面公式计算：

饱和蒸气压=大气压-系统压力

实验数据见图3.4，实验记录的室温和大气压分别存放在单元格B1和D1，实验温度放在了A3：A10中，系统压力放在对应的B3：B10中，待计算的饱和蒸气压p、T-1/K-1及ln（p/Pa）分别放入对应的C、D、E列。按以下步骤进行数据处理：

①计算T-1/K-1：C3单元格中输入表达式“=1/A3”；

②计算蒸气压：D3单元格中输入表达式“=97660-B3*1000”；

③计算ln（p/Pa）：E3单元格中输入表达式“=LN（D3）”；

④计算其他组实验数据的相关值：用鼠标选中单元格C3到E3区域；执行复制命令，复制域闪动；然后再选中C4到E10的矩形区域；执行粘贴命令，则闪动区域内的公式被复制到选中的区域中，或者选中C3到E3后，把鼠标光标移动到选中区域的右下角处，这时鼠标光标会从大十字框变成一个小黑十字，然后按下鼠标左键不动向下拖动到第10行然后松开，亦可完成复制粘贴工作，结果如图3.5所示。

（2）输出数据格式调整

Excel在数据处理中用到最多的菜单栏工具是“对齐方式”，点击其下拉菜单如图3.6所示，会出现如图3.7的对话框。

在这个对话框里面主要用到“数字”“对齐”“字体”“边框”这四栏。

①“数字”在“数字”一栏里有如图3.8所示的一系列项目，一般情况下单元格文本的格式都是“常规”，可以根据不同的需要来选择不同的格式。如需调整输入数据小数部分的位数，可在“数值”里进行调整。

若要在单元格里面输入一些特殊格式的文本，如输入以“0”开头的序号数字之类的文本，如“099”，直接输入只会显示“99”，把单元格格式改成“文本”，单元格显示的内容就会与输入的内容完全一致，此时就显示“099”。

若要使用科学记数，格式改成“科学记数”即可。

②“对齐”如图3.7所示在“对齐”对话框中可以调整单元格内容的对齐方式及文本的自动换行，一般制表时表头的单元格都需要合并居中，选中对话框里的“合并单元格”即可。

③“字体”这一栏可以调整字体的格式、大小和颜色，以及上下标。

④“边框”这一栏可以根据需要来为表格加边框，并调整边框线条的线型。

3.1.3　用Excel做曲线图

以图3.5的数据为例，做p-T曲线图的步骤如下。

①选择图表类型　单击“图表向导”图标或选择“插入/图表”菜单命令（图3.9），在出现的对话框里面选择“XY（散点图）”，并选择“带平滑线和数据标记的散点图”，然后单击“确定”，此时会有图表出现。但由于表格中数据较多，需要选择图表数据源。

②选择图表数据源　在图表空白区域单击鼠标右键选择“选择数据”，出现“选择数据源”对话框，如图3.10（a）所示，然后选中一个系列选择“编辑”，弹出如图3.10（b）对话框，“系列名称”为所做曲线的名称，直接输入“p/Pa”，或者单击按钮在表格中选中D2，如果只有一条曲线（即一个系列）的话，“系列名称”也可以不写；“X轴系列值”输入数据范围“C3:C10”，或者单击按钮，此时“编辑数据系列”对话框变成一行，可用鼠标拖动定义C3:C10区域，再单击按钮，即完成X轴数据的定义；相类似，用同样的方法输入Y轴的数据范围“D3:D10”，然后单击“确定”返回到“选择数据源”对话框，删除其余的系列再单击“确定”（如果在插入图表之前已选定了数据范围，则此步骤可以省略）。

③选择图表选项　经过上面两步，需要的图形已经出来，单击菜单栏“设计”，“图表布局”单击第一个布局给图表加上坐标轴名称（图3.11），这时图表的基本要素就齐全了。

④图形的修改　图表的每一项都可以修改，包括文字格式、坐标轴格式、曲线格式，还有整个图表。

文字格式：双击图表、坐标轴名称可以直接进行修改，单击选中图表中的任何文字包括坐标轴刻度，可以在“字体”菜单栏修改文字格式、大小、颜色及背景等（图3.12）。

坐标轴格式：在坐标轴右击弹出下拉菜单中，单击“设置坐标轴格式”，如图3.13所示。“坐标轴选项”一栏可以设置坐标轴的最大最小值、主次要刻度单位、坐标轴刻度的形式及纵横坐标轴交叉点；“数字”一栏设置坐标轴刻度的数字格式，如保留小数点位数等（同3.1.2）；“填充”一栏设置坐标轴的背景；“线条颜色”和“线型”根据实际需要设置合适的坐标轴颜色、线型。

曲线格式：选中图表中曲线，右击单击“设置数据系列格式”出现如图3.14所示的对话框，可以设置曲线、标记的颜色线型。

图表格式：在图表外围空白处右击弹出的下拉菜单中，单击“设置图表区域格式”，出现如图3.15所示的对话框，设置整个图表的边框背景等，读者可自行研究。

最后得到的图形见图3.16。

3.1.4　添加趋势线

添加趋势线是物理化学实验数据处理过程中很重要的一环，在这里以ln（p/Pa）-T-1/K-1为例，先根据步骤①～③做出图表。然后选中图中曲线右击出现图3.17所示，单击“添加趋势线”，会出现“设置趋势线格式”对话框，在此图中“回归类型”选择“线性”（其他数据中根据实际情况选择合适的回归类型），选中“显示公式”和“显示R平方值”，然后单击确定，最后得到符合要求的图形（图3.18）。由其线性关系式可得到直线的斜率和截距，从而进行相关的数值计算。

最后得到异丙醇饱和蒸气压和温度的关系式为：