MATLAB软件在大学物理教学中的应用*①

段秀芝 杨萍萍 赵 炯

(河北联合大学轻工学院 河北 唐山 063000)

1 引言

近年来，由美国 Mathworks 公司于 1984 年正式推出的 MATLAB语言已成为科学研究领域最为流行的一种科学计算软件.它以矩阵计算为基础，把符号计算、绘图及动态系统仿真等功能有机地融合在一起[1].MATLAB 在科技领域的优秀表现使它广泛地应用于几乎所有的科学研究领域.应用 MATLAB 可以让学生体会到用计算机解决物理问题所带来的方便和乐趣，激发学生的学习兴趣[2].

大学物理课程是高等学校理工类专业学生必修的一门基础课，该课程学习质量的高低直接影响专业课程的学习.为了提高高等学校理工类专业大学物理的教学质量，大学物理教学改革刻不容缓.为了加强学生对基本物理概念、方法及物理知识应用方面的理解，把学生从繁重的数学计算中解脱出来，将MATLAB引入大学物理教学是一个很好的解决方法.此语言能准确和科学地反映物理学中的问题，文章通过物理学中两个典型实例介绍MATLAB的具体应用.

2 MATLAB软件在大学物理问题中的应用

2.1 单缝衍射的光强分布

在单缝衍射中，缝宽为a，入射光的波长为λ，衍射角为θ的衍射光光强为

(1)

程序如下：

x=-1∶1/100∶1;

y=sin(10*x).*sin(10*x)./(10*x)./

(10*x);

plot(x,y)

获得的图像如图1所示.由图1可知，中间的峰值对应的是中央明纹，两侧的峰值分别为±1级、±2级明纹.

图1 用MATLAB获得的单缝衍射光强图像

2.2 用Simulink动态仿真模拟简谐振动

如果一个质元做简谐振动，受到的合外力

f=-kx=ma

(2)

加速度

(3)

(1)运用Gain1将x和0.3相乘.

(2)运用Subtract使x前面的符号为负.

Scope为示波器输出模块.最后，将各个模块按照方程的需要逐一连接，如图2所示.

图2 各模块运行流程

单击右键，选择Configuration Parameters设置系统的运行环境，初始运行时间设为“0”，停止时间取为“50 s”，最大的步长设为“0.1”，初始的步长设为“0.01”，设好后，点击OK，再点击Simulation中的start按钮，最后，双击图2中的“Scope”输出模块

得到振子位移仿真曲线，如图3所示.

图3 振子位移仿真曲线

3 结论

将MATLAB软件的plot命令应用在单缝衍射光强分布中，得出了光强的分布图像，可以使学生形象地感受到光强的分布.在已知简谐振动初始条件的情况下，利用MATLAB软件中的Simulink动态仿真模拟功能可便捷地获得简谐振子的位移图形.MATLAB软件还可以解决大学物理中的其他问题.

总之，将MATLAB软件运用在大学物理教学中，可使抽象问题形象化，使复杂问题简单化.从而激发学生的学习兴趣，提高大学物理课程的教学效果.将MATLAB软件运用在大学物理教学中是可行的.

参考文献

1 蔡旭晖，刘卫国，蔡立燕.MATLAB 基础与应用教程.北京：人民邮电出版社，2009.1～180

2 田涛，侯素霞，张清华.MATLAB的数值计算在大学物理教学中的应用.考试周刊，2010(33):190～191