利用EXCEL模拟示波器实现同向简谐波的叠加

摘 要：简谐波叠加演示是重要的物理实验之一。文中利用Excel函数、图表等功能，制作模拟示波器，实现了简谐波的叠加过程演示。

关键词：简谐波 EXCEL 示波器

中图分类号：O422 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0255-02

简谐波叠加的演示是重要的物理学实验之一，其演示一般通过示波器完成[1]。利用示波器观察简谐波叠加时，其图形稳定性差，调整难度大，学生精力主要集中在了复杂的仪器调整上，而并不是对波叠加原理的理解，且示波器一般仅能演示两列波的叠加。针对以上不足，本文提出了用Excel中的函数、图表和VBA编程来演示简谐振动的叠加。动态、连续、多画面显示的图形效果，不但加深了学生对简谐波叠加的理解，还可有效提高了学生的学习兴趣。

1 简谐波叠加原理

波的叠加原理是不仅是以波的独立传播原理为基础的，而且以振动的叠加原理为基础的，其实质上就是振动的叠加。简谐波是最简单最基本的波形，任何一个实际的波都可以看成是由若干个简谐波叠加的结果[2]。在实际应用过程中，经常会涉及到简谐波的叠加，如三相交流电的电压波形叠加。以下为同向简谐波的叠加原理。

2 Excel的模拟实现

2.1 t最小刻度刻度的选择

2.2 波形控制表的建立

2.3 波形叠加基础数据表的建立

2.4 波形参数的连续调整

下图表格中单元格B6、C6、D6分别表示振幅、频率、初相的调整幅度；单元格A7表示调整方式，可以在“加”与“乘”之间切换；单元格A8表示处于调整状态的波的名称；单元格B9表示模拟示波器显示的波的周期数；其余三按钮用来调整振幅、频率、初相。

2.5 VBA编程

（1）显示周期调整

（3）频率、初相调整

频率、初相调整的的编程方法与振幅调整相似，只是引用的单元格不同。

2.6 波形的显示

利用Excel中的图表功能，插入折线图，选择t列数据为折线图的x坐标轴，y合、y1、y2、y3列数据为折线图的y值系列。

通过直接在波形参数表中输入数据，或点击三个调整按钮使波形参数实时变化。波形参数变化后波形叠加基础数据表实时变化，基础数据表发生变化后，以该表为数据源的折线图就会实时变化，从而直观明了的演示出波的叠加过程。

5 结语

（1）利用Excel模拟示波器能够更加生动的演示波的叠加。通过调整按钮动态改变各列波的波形控制参数时，能实现叠加过程的动态显示。

（2）利用常用的办公软件Excel模拟示波器用于课堂教学时不但能激发起学生的学习兴趣，而且能加深学生对简谐波叠加原理的理解。

参考文献

[1] 孟祥省，李冬梅.大学普通物理实验[M].山东：山东大学出版社，2004：150-155.

[2] 王亚平.医用物理学[M].北京：人民军医出版社，2013：46-51.