Matlab+在物理实验教学中的应用_
探讨MATLAB在大学物理实验数据处理中的作用
探讨MATLAB在大学物理实验数据处理中的作用物理实验为大学阶段一门必不可少的基础课程，而实验数据为该门课程一个重要的内容。
在物理实验教学过程中合理应用MATLAB进行实验数据处理，对学生实验数据处理能力的提升具有重要意义。
标签：MATLAB 物理实验数据处理MATLAB为大学教学过程中应用较为普遍的一种高性能软件，其具有独特的功能和编程特点。
在大学物理实验教学过程中，应用MATLAB实施辅助性教学对学生科学素养的培养和实验能力的提高均发挥着重要作用[1]。
将MATLAB 应用于大学物理实验数据处理中可促进学生的数据计算和处理能力的有效提升，对大学物理实验教学质量的提高具有重要意义。
一、Matlab特点及其在物理实验中的应用体现Matlab为1984年期间MathW orks公司推出的一种计算软件，该种软件集符号运算、数值计算、数据拟合、程序语言设计、图形处理等为一体的一种功能强大的计算软件。
Matlab为现阶段应用较为普遍的一种科学计算语言之一。
与FORTRAN、C语言等相比，Matlab的特点主要表现为功能极为强大、界面更为友善、语言更为自然、开放性更强等。
目前，FORTRAN已经成为应用计算机辅助设计、分析、仿真已经教学活动中一种重要的基础软件，其作为一种具有通用性的数值仿真、科学计算、数据可视化工具得到越来越广发的应用，其在大学物理实验教学中也发挥着极为重要的作用[2]。
Matlab在应用过程中可提供极具灵活性的程序设计流程，强大的科学运算，高质量的界面设计和图形可视化设计，丰富多样的仿真集成环境等等。
目前，国外多数大学已经将Matlab应用到物理、数学、电子线路等理工科专业相关学科的教学中。
在我国的大学教学中，Matlab 还是一种新鲜事物，其应用还未能像国外那样普遍。
但是有部分高校也已经将Matlab作为本科教育中的一门必修课程。
应用Matlab对物理实验数据进行处理时，数据处理者无需掌握丰富的编程知识，只需要掌握一定的数学知识，懂得应用相关函数进行计算便可进行相关计算。
MATLAB软件在物理教学中的应用
物 理通 报
物 理教 学新 思 想 新视 角
Ｍ ＡＴＬ ＡＢ软件 在 物 理教 学 中 的应 用
朱 国 强
（ 绍 兴 市 第 一 中学 浙 江 绍 兴 ３ １ ２ ０ ０ ０ ） （ 收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— １ 的发 展 历 程 、 主要功能和教学应用 ， 阐 述 了 将 ＭＡＴ Ｌ ＡＢ引 入 物 理 教 学 在 教 师 教 研 工
的缩写 ， 从２ Ｏ世纪 ７ Ｏ年代美 国 Ｃ ｌ ｅ ｖ ｅ Ｍｏ ｌ ｅ ｒ 博 士为 矩 阵运算 而 编写 的接 口程 序开 始 ， 接着 于 １ ９ ８ ４年 创 立 Ｍａ ｔ ｈ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ公 司 ，经 过 ３ ０年 的 开 拓 创 新 ，
序， 而直接进行高、 精、 尖 的研 究． 在航空 、 通信 、 电
ＭＡＴＬ ＡＢ已发 展成 为 一个集 数值 计 算 、 符 号 运算 、 图形 处 理 、 图像处 理 、 动态 仿真 、 信 号处 理 、 实 时控 制 为一 体 的新 一代 科技 应用 软 件 ， Ｍａ ｔ ｈ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ成 为全
球 数学 计算 软件 的领先 软 件供 应 商 ， ２ ０ １ ２年 营 收为
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ产 品系列 ， 拥有 数百 个 内部 函数 的核 心程
序库 和 几 十 个 工 具 箱 （ Ｔｏ ｏ ｌ ｂ ｏ ｘ ） ． 工 具 箱 又分 为两
类， 功能性 工具 箱 和学科 性 工具箱 ． 功 能性 工具 箱 主
Ｍａ ｐ ｌ ｅ 及 Ｍａ ｔ ｈ Ｃ ＡＤ， 人称 “ ４ Ｍ” ． 而其 中 ＭＡＴＬ ＡＢ
７ ． ５ 亿 美元 ， ２ ０ １ ３年 推 出了 Ｒ ２ ０ １ ３ ｂ版本 ．
朱国强_求解物理方程——MATLAB软件在物理教学中的应用之一
和符号方程 . 方程按照学科分类可以分为代数方程 、
代数学中的方程 , 可 称 为 初 等 代 数 方 程, 包 括 整 式、
( 其用法为 : S mb o l i cM a t hT o o l b o x) . y ( ) o l v e e g=s q ( , ) o l v e e v a r g=s q
方程组 包 括 数 值 方 程 组 运 算 和 符 号 方 程 组 运 算 .
( , ) o l v e e 1, e 2, . . . e n g=s q q q ) v a r n
( , , , o l v e e 1, e 2, . . . e n v a r 1, v a r 2, . . . g = s q q q 其中 , e n 为第 n 个方程的符号表达式 , v a r n为 q 求解数值方程
要: 利用 M 高考 、 自主招生和竞赛试题中常见的初等数学方程和 a t l a b符号运算工具箱求解学业水平考试 、
“ ” — — — 指含有未知数的等式 — — — 一词翻译 e u a t i o n q 为“ 方程 ” . 方程按照学术程度可以分为初等数学方程和高
在1 中国清代数学家李善兰开始将英文 8 5 9年 ,
2. 1
第 n : s m sa r 1a r 2 …a r n . y g g g ( )符号表达式 2
, 一次可以定义多个 M a t l a b 提供了函 数 s m s y
第二种是 应 用 s u b s函数 , s u b s函数用于替换求值 . 计算一个表达式的值 . 分别举例说明 . e v a l函数 , ( ) 1 S o l v e求出解析解 , s u b s求出数值解
1 0 0J . 2. 2
MATLAB 在大学物理仿真教学中的应用
[6]尹睿，谢幼如.网络课程建设与实施问题的调查研究[J].中国远程教育，2004，（17）.[7]耿海涛，鲍振忠，王忠庆.关于网络教育的思考及其教学平台的开发[J].中国科技信息，2005，（07）.“大学物理”是理工科本科学生最早利用高等数学知识解决实际问题的公共基础课之一，涉及的知识面十分宽广，包括：力学、热学、声学、光学、电磁学等多个学科。
由于本课程理论性较强，对学生的高等数学知识及其应用能力要求较高，教与学都有较大的难度。
目前，该门课程普遍存在学生兴趣不高、教学效果不够理想等问题，主要原因包括数学推导难懂、教学手段单一、内容不够生动等。
但本课程教学效果的好坏将直接影响后续专业课程能否更好地展开，因此，“大学物理”课程的教学改革有着重要的意义。
为此，借助其他先进科学计算软件进行辅助教学变得十分有必要。
MATLAB科学计算软件因其编程高效、可视化好、交互性强、仿真逼真等优点，在大学教育和科学研究中的应用也日益广泛。
我们在“大学物理”课程建设中，在教学方法和手段上借助MATLAB软件进行了一些的改革与建设，取得了良好的效果。
本文通过多个仿真和模拟实例介绍了MATLAB在大学物理教学中的应用。
一、振动合成的模拟[1]振动方向相同的两个简谐振动：x1=A1cos（ω1t+φ1）x2=A2cos（ω2t+φ2）（1）则它们的合振动为：x=x1+x2（2）当ω=ω1=ω2时：x=Acos（ωt+φ），但一般条件下，合振动的解析式是很难求出，但可以利用计算机模拟合振动。
图1振动合成的程序流程图程序流程图如图1所示，先输入振幅、频率和初相位的参数值，然后每一个时间步计算一次两个振动和合振动位置，并更新画面，从而得到动态的振动合成图像。
图2为某一时刻的振动合成的仿真结果，上面两个振动合成为最下面的合振动。
图2振动合成的仿真结果二、驻波的模拟驻波由正反两个方向的行波叠加而成，正向波可表示为：y1=Acos2π（t T-xλ）（3）反向波可表示为：y2=Acos2π（t T+xλ）（4）两者叠加可形成驻波：y=y1+y2（5）利用MATLAB进行驻波模拟时，先设定振幅周期和波长等参数，然后利用二重循环计算两个振动每个时间步中每个质点的位置，并合成，然后对每个时间步的质点位置绘图，并进行循环更新得到动态的驻波波形。
MATLAB 语言在物理中的应用
有趣的指令
安装MATLAB后，直接在命令窗口内的提示符号 “>>”之后输入下列指令： 检查版本
version ver
测试电脑速度：bench
使用变量与基本运算
一般数学符号运算
在MATLAB命令视窗内的 提示符号（>>）之后输 入运算式，并按入Enter 键即可：
>> (5*2+3.5)/5
>> y = (5*2+3.5)/5; %将运算结果储存在变量y，但不用显示
>> z = y^2
%将运算结果储存在变量z，并显示
z=
7.2900
向量与矩阵的处理
MATLAB中的变量还可用来储存向量 （Vectors）及矩阵（Matrix），以进行各种 运算，例如：
>> s = [1 3 5 2]; >> t = 2*s+1 t=
>> t(4) = [] t=
372
计算方法
例：求解一个n 阶线性方程组，如果使用克莱姆法则，需
要计算n+1 个n 阶行列式，在不计加减运算情况下，至少 需要n!(n2-1) 次乘除运算。而使用高斯消去法，只需约 2n3/3 次乘除运算
当n=20时， 20! (202 1) 9.7 1020
用每秒运算 30 亿次（主频3.0G）的计算机求解时， 大约需要10000年的时间
程序 设计
上机 实现
计算方法的任务
计算方法/数值分析的任务
设计求解各种实际问题的高效可靠的数值方法 有效：易于在计算机上实现 可靠：收敛性稳定性等有理论保证 高效：尽可能地节省计算时间和存储空间
对求得的数值解的精度进行评估 研究数值算法在计算机上的实现
matlab在固体物理教学中的应用
MATLAB在固体物理教学中的应用摘要：随着现代教学理念和计算机的不断发展，在固体物理学中引入MATLAB软件对一些基本概念进行定性分析和定量计算，已经得到各大高校教师和学生的广泛认可。
本文详细讨论了MATLAB软件在《固体物理学》中的应用，并依靠MATLAB 强大的计算和绘图，动画功能计算了固体物理学中晶格振动中的相关数据，并通过动画演示了晶格振动。
教学实践表明，引入MATLAB可以有效地改进教学效果，在丰富课堂知识的同时还能检验学生的课外实践能力，培养学生的创新精神。
关键词：MATLAB；固体物理学；晶格振动；教学研究1 引言《固体物理学》是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态及其相互关系的科学。
它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科。
固体物理是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等相关技术学科的基础，通过对该门课程的学习，学生可以更加深刻地认识固体中原子和电子的状态和行为，可以为以后的半导体物理的学习打下坚实的基础。
固体物理的理论性强，概念较为抽象，学生对一些基本的概念理解不清晰。
同时，学校教学方法单一，注重知识的灌输，只让学生知道固体物理的知识点，而忽视了对学生相关课程设计能力的培养，学生学到的只是死板的书本知识。
MATLAB(Matrix Laboratory)是MathWorks公司开发的，目前国际上最流行，应用最广泛的科学与工程计算软件，它广泛用于自动控制，数学运算，信号分析，计算机技术，图像信号处理，财务分析，航天工业等各行各业，也是国内外高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。
同时，MATLAB在固体与半导体物理领域中的应用也非常广泛，应用MATLAB可以方便计算固体物理中的各种问题，并对相关问题进行建模分析得到图形化的输出结果。
应用MATLAB进行辅助教学，让固体物理学中抽象的概念通过图形化的输出可以加深学生对知识点的理解和掌握，同时可以熟练MATLAB编程。
MATLAB在物理实验中的应用
MATLAB在物理实验中的应用摘要：物理实验论证了我们所提出的理论，揭示了生活中的各种自然现象，帮助人们了更好的了解生活中的方方面面，这就是物理实验给我们带来的好处。
传统的物理实验有的实验数据简单，有的实验数据繁琐复杂，当有大量的实验数据需要处理的时候，人们所要承担的工作量将非常的巨大。
现下的时代是科技高速发展的时代，计算机的应用与普及使得我们对繁琐数据处理工作的简单化成为可能。
MATLAB软件引入物理实验使得数据处理简洁化，例如在普朗克常量测定实验中数据的处理，就可以简化大量的工作，同时可以是数据转化为图形。
关键词：MATLAB软件；物理实验；普朗克常量h;目录1 绪论 (1)1.1 MATLAB应用软件 (1)1.2 MATLAB的安装及操作界面的启动 (1)1.2.1 操作界面简介 (2)1.2.2 图形处理 (2)2 普朗克常量测定实验 (2)2.1 实验原理 (3)2.2 实验过程 (4)3 利用 MATLAB 软件进行数据处理 (5)4 结论 (7)参考文献： (8)1 绪论物理实验论证了我们所提出的理论，揭示了生活中的各种自然现象，帮助人们了更好的了解生活中的方方面面，这就是物理实验给我们带来的好处。
传统的物理实验有的实验数据简单，有的实验数据繁琐复杂，当有大量的实验数据需要处理的时候，人们所要承担的工作量将非常的巨大。
现下的时代是科技高速发展的时代，计算机的应用与普及使得我们对繁琐数据处理工作的简单化成为可能。
MATLAB软件引入物理实验使得数据处理简洁化，例如在普朗克常量测定实验中数据的处理，就可以简化大量的工作，同时可以是数据转化为图形。
物理实验在方法、思想、手段等方向，是各科目实验的理论基础，具有多数实验科目的共同点，是科学实验的基础。
在物理实验中,对数据的处理有作图、列表等,这些方法主观性较强，容易出现误差，但也有各自的优点。
1.1 MATLAB应用软件MATLAB软件的极速发展和普及与它有着不同于其他语言的特点密不可分，同VB、C、和C++等高级计算机语言一样，作为计算机语言的它，使人们从直接对计算机硬件资源的操作中解放出来，它的简洁的、直观的、灵活的、丰富的函数库，使人们更容意的接受程序开发环境。
大学物理实验教学中matlab应用研究的综述报告
Creative Education Studies 创新教育研究, 2020, 8(2), 147-150Published Online April 2020 in Hans. /journal/ceshttps:///10.12677/ces.2020.82024A Summary of Matlab Applied Research onCollege Physics Experiment TeachingLingling Fan, Zongqiang ShengSchool of Mechanics and Optophysics, Anhui University of Science & Technology, Huainan AnhuiReceived: Mar. 29th, 2020; accepted: Apr. 13th, 2020; published: Apr. 20th, 2020AbstractThis report summarizes the application of Matlab in College Physics Experiment Teaching in the past five years, which is mainly reflected in three aspects: the application of Matlab in college physics experiment data processing, the application of Matlab in college physics experiment nu-merical simulation, the application of Matlab GUI in simulation courseware making and virtual simulation experiment platform. And then, it put forward suggestions for further research com-bined with these research results.KeywordsCollege Physics Experiment Teaching, Matlab大学物理实验教学中Matlab应用研究的综述报告范玲玲，圣宗强安徽理工大学力学与光电物理学院，安徽淮南收稿日期：2020年3月29日；录用日期：2020年4月13日；发布日期：2020年4月20日摘要本综述报告对近五年来Matlab在大学物理实验教学中的应用研究进行了概括，主要体现在三个方面：Matlab在大学物理实验数据处理中的应用、Matlab在大学物理实验数值仿真中的应用、Matlab GUI在仿真课件制作和虚拟仿真实验平台中的应用。
Matlab在物理实验数据处理中的应用指南
Matlab在物理实验数据处理中的应用指南引言物理实验是科学研究的重要组成部分，而数据处理则是物理实验中不可或缺的环节。
随着计算机科学的迅速发展，Matlab成为了一种广泛应用于数据分析和处理的工具。
本文将探讨Matlab在物理实验数据处理中的应用指南，介绍如何使用Matlab进行数据处理，展示其在物理实验中的重要作用。
不但要学会如何通过Matlab处理数据，更要了解其背后的原理，以提高数据分析的准确性和可靠性。
第一部分：准备数据在使用Matlab处理实验数据之前，首先需要准备好原始数据。
通常，实验数据以文本文件的形式存储，可以通过Excel等软件导出。
在导出数据之后，需要对数据进行预处理，如去除异常值、填补缺失数据等。
Matlab提供了一系列强大的函数，如importdata、readtable和xlsread，可以用于读取各种类型的数据文件，方便快捷地将数据载入到Matlab工作环境中。
第二部分：数据可视化数据可视化是数据处理的重要环节，能够直观地展示数据的分布和趋势。
Matlab提供了丰富的绘图函数，如plot、scatter和histogram，可以方便地绘制二维和多维数据图形。
通过选择合适的绘图方式和参数设置，可以用直线、曲线、散点图、柱状图等形式展示数据的规律。
此外，Matlab还支持绘制动态图像和三维图形，更加生动地展示实验结果。
第三部分：数据处理与分析Matlab具备强大的数值计算和数据处理能力，可以对物理实验数据进行各种精确的计算和分析。
例如，可以使用Matlab进行数据平滑、拟合、差分、积分等操作，进一步深入研究数据的特征和规律。
Matlab还提供了大量的统计分析函数，如均值、标准差、方差、相关系数等，可供用户快速计算和分析数据的统计特性。
此外，Matlab还支持矩阵运算和线性代数，可用于解析物理模型和求解数学方程。
第四部分：数据模型与拟合在物理实验中，常常需要建立数据模型和进行曲线拟合。
MATLAB GUI在物理实验教学中的应用
当光 垂 直 入 射 到 平 凸透 镜 后 在 空 气 层 上 、下表 面发 生 反 射 形 成 两 束 相 干 光 ．这 两 束 光 在 平 凸透 镜 下表 面相 遇发 生 干 涉 ， 程差为 ： 光
８２＋ ＝ ｄ
０
…… …… …… ……… …… ……… …… … （） １
、
引 言
则 相 干 光 强 的 相 位差 为 ：
△‘ ２Ｔ ｐ １ ：
。
… … ． … … … … ．… … … … … … ． ． ． （ … ． … … ３）
的效 果 。 目前 有不 少 文 献 利 用 ＭＡ Ｌ Ｂ Ｔ Ａ 强大 的科 学 计 算 、 值 数 模 拟 和 图像 处 理 等 功 能 ． 实 验 进行 仿 真 ［４， 文 基 于 Ｍ Ｔ 真 界 面 。 面 美 观 ， 互 性 Ａ Ｕ设 建 界 交 好 ， 以通 过 在 界 面 上 改 变 参 数 ， 示 不 同 的 实 验 结 果 ， 可 显 而且 可 以根 据 需 要 扩 充 相关 实 验 内 容 。不 但 可 以用 于 演 示 相 关 实 验 ， 方 便 学 生 自学 ． 利 于 提 高 学 生 的创 新 能 力 ， 时 也 为 还 有 同 建立 网 络 实验 室 打 下基 础
一
要 ． 面 使 用 了七 个 按 钮 （ｕｈＢ ｔ ｎ， 识 分 别 是 实 验 原 理 ， 界 Ｐ ｓ ｕｔ ） ｏ 标
实验 步骤 ， 验 演 示 ， 据 处 理 ， 考 与 练 习 ， 回 主 界 面 和 退 实 数 思 返 出 系 统 等 ， 鼠标 点 击 任 一 个 项 目 ， 会 执 行 相 应 的 功 能 ； 用 则 一
ａ ｓｏ ； ｘｓｓ ｕ ｒ ｘｉ ｆ ａ ｉ ｑ ａ ｅ；
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第35卷 学术专刊 吉首大学学报(社会科学版)2014年12月
Matlab
在物理实验教学中的应用
∗
江 利
(湖南省怀化商业供销学校,湖南怀化418000)
摘 要:以实例阐述了利用
Matlab进行物理实验教学的优点。Matlab
强大的计算与图形功能,不仅给物理实验
教学带来了极大的方便,同时也使物理实验变得更加生动
。
关键词
:
Matlab
;物理实验;
数据处理
中图分类号:G632 文献标识码: A 文章编号
:
10074074(2014)S2022003
作者简介:江
利,湖南省怀化商业供销学校教师
。
“物理学”是一门以实验为基础的科学。物理实验教学,在培养学生科学素养、创新能力方面,
起
着非常重要的作用,是物理理论教学所无法替代的。物理实验不仅能帮助学生正确理解物理规律,而且有
利于培养学生的科学素质、创新意识和动手能力,所以,搞好物理实验教学,对提高学生的素质及能力十分
有意义。受传统教学思想的影响,物理实验课程体系少有变化,现代技术手段的应用不够,综合性和设计
性实验设置不足,实验数据的处理方法烦琐落后,这些已使大学物理实验课不能适应现代科技发展的要
求,为此,教师应充分利用现代技术手段,积极探索物理实验教学的改革
。
Matlab软件是目前广泛使用的工程计算和数据分析软件,在大学物理教学中用Matlab
辅助实验,使
教学内容更加形象直观。它易学、易用、简捷、直观,能提高教学效率,激发学生学习兴趣,培养学生的创新
能力,在大学物理实验教学中起到了事半功倍的效果
。
一、利用Matlab制作实验教学课件
在基础物理教学中,很多时候需要教师在黑板上解析作图,费时、不准确、不能变换参数,对学生而言
,
也只能根据公式抽象地分析物理规律。引入Matlab后,可以通过数学模型的建立与参数改变,直接观测
到图形的变化,加深学生对知识的理解与掌握。以光学实验教学为例,正确调整仪器、捕捉光学现象、进行
观察测量是实验的关键所在,而在实验仪器调整过程中,许多光学实验现象稍纵即逝,不时还有“虚像”或
不满足条件的“假象”穿插其中,如果学生在实验前未做充分有效的准备,对实验现象心中无数,对实验条
件与实验现象间的因果关系的理解仅停留于理论层面,则在实验过程中调整仪器就带有盲目性,有时几个
小时一无所获,以致产生畏难情绪,影响了实验教学的效果。以Matlab为实验演示平台,对光学现象模
拟,就能够很好地解决这个问题。例如在单缝衍射实验中,通过Matlab编程赋予各种不同的数据来演示
衍射现象,就可以得到不同缝宽下的衍射结果及衍射条纹的变化规律,使学生对这一实验应该得到的效果
可以有一个清晰的认识。把Matlab软件与物理实验教学有机地结合起来,不但能直观地演示物理图像
,
使学生更好地理解物理现象及物理规律,更能激发学生的思维,增强学习的主动性
。
二、MATLAB用于实验仿真
引入Matlab后,可以通过数学模型的建立与参数改变,直接观测到图形的变化,加深学生对知识的理
∗
收稿日期
:
20141028
解与掌握。下面以单自由度阻尼系统的阻尼系数对其固有振动模态的影响为例进行分析
。
单自由度阻尼振动方程为
:
mx¨+cx·+kx
=
0
,
简化为
:
x¨+ξωx·+ω2nx
=
0
,
其中
:
ωn=k/m;ξ=c/21/mk
,
其解为
x(t)=Ae-ξωtnsin(ω
d
+
φ
)
.
其中:A=(v0+ξ0ω0x0)2+(x0ωd)2ω2d;φ=tg-1x0ωd)v0+ξωnx0æèöø;ωd=ωn1-ξ2.x0为初始位置,v0为初
始速度。分别设阻尼系数
ξ
∈[0.1,1],公共参数ωn=1,x0=0,v0=
0
,计算的终点时间为tf=2。
用
Matlab编程可以求解并画出波形,如图1所示。改变初始条件为x0=0,v0=1,得到如图2
所示的结果
。
图1 不同阻尼系数对固有振动模态的影响(x0=1,v0=0)图2 不同阻尼系数对固有振动模态的影响
(
x0=0,v
0
=
1
)
实际上,后一组曲线就是系统的脉冲过渡函数。脉冲激励的最后效果可形成一个单位的初速度,而它
产生的波形就是脉冲过渡函数
。
通过计算机仿真与物理实验相结合,学生将理论知识与物理现象相结合,将原来很难描绘的曲线通过
仿真形象地描绘出来,既加深了对物理概念的理解,也能加深对Matlab的了解,熟悉对计算机的使用,这
些都将积极调动学生学习的主观能动性。由此可见,用Matlab辅助大学物理实验既直观又方便。通过几
个指令,就将现代信息技术全面引入物理实验教学,对传统物理实验课程进行整合。学生在接受基本实验
操作和基本技能训练的基础上,能很好地掌握现代信息技术在物理实验中的应用,更好地达到物理实验教
学的目的
。
三、实验数据处理
在物理实验中,实验数据的处理方法至关重要,而数据处理手段制约着处理方法的应用。在手工处理
数据的条件下,通常只能使用列表法、作图法、逐差法等,不仅效率低,容易造成人为误差,且主要只对线性
关系有效;运用计算机高级语言编程或Excel等软件工具,可以分析非线性问题,但由于编程复杂或操作
不便等原因,难于在教学中推广;有些学生为了使实验报告“正确”而随意改动数据,这样就无法对数据进
行客观的分析和处理,也失去了实验的意义;MATLAB提供了大量的科学计算函数,用来处理曲线拟合
、
数据插值、傅里叶变换等问题非常便捷。下面以电子荷质比的测量为例进行说明
。
表1是测量电子荷质比的实验数据
。
122
江 利:MATLAB
在物理实验教学中的应用
表1 电子荷质比测量实验数据
U(v)6006507007508008509009501000
+I(A)1.241.291.341.371.411.451.461.521.57
-I(A)1.231.301.331.381.411.461.481.531.57
图3 电子荷质比测量实验数据的处理
根据实验原理可知电子的荷质比为
e/m
=
KU/I2,K
是与仪器结构相关的常数。假设拟合函
数为U=aI2,将实验数据组U和I代入,可得
U
1
U
2
︙
U
9
æèö
ø
=
I
1
I
2
︙
I
3
æèö
ø
×[a].解出方程组求出a,利用e/m=
aK
可求
电子的荷质比。在Matlab中输入相应语句和数据
即可得出图3和电子的荷质比为:1.7608×1011库
仑/千克,实验的相对误差为0.11%。从图3可以看出,部分原始数据点不在拟合曲线上,说明实验存在一
些误差
。
从以上的举例及分析中我们可以看出,Matlab在实验的演示、仿真和处理实验数据方面确实有很方
便、直观,尤其是在实验中的高效、安全方面是无可比拟的,在演示较难观察的实验现象方面也有着独到的
优越性。但是Matlab软件只能用于辅助实验教学,不能替代真实的实验,学生的动手能力还需要在真实
的环境中进行实际操作才能得到锻炼。教师应充分利用现有的教学资源,积极进行物理实验教学的改革
,
融入更多的现代科学技术,使物理实验教学更丰富、更高效
。
参考文献
:
[1]飞思科技产品研发中心.Matlab7基础与提高[M]
.北京:电子工业出版社,2005.
[2]罗志恒,陆建隆.Matlab在普通物理教学中的应用[J].物理通报,2003(2)
.
[3]潘元胜,冯璧华,于瑶.大学物理实验[M]
.南京:南京大学出版社,2002.
(责任编辑:
陈
伟
)
222
吉首大学学报(社会科学版
)
Matlab 在物理实验教学中的应用?
作者：江利
作者单位：湖南省怀化商业供销学校,湖南 怀化,418000
刊名：
吉首大学学报（社会科学版）
英文刊名：Journal of Jishou University (Social Sciences Edition)
年，卷(期)：2014(z2)
引用本文格式：江利 Matlab 在物理实验教学中的应用?[期刊论文]-吉首大学学报（社会科学版） 2014(z2)