段秀芝 楊萍萍 趙 炯

(河北聯(lián)合大學輕工學院 河北 唐山 063000)

1 引言

近年來，由美國 Mathworks 公司于 1984 年正式推出的 MATLAB語言已成為科學研究領(lǐng)域最為流行的一種科學計算軟件.它以矩陣計算為基礎(chǔ)，把符號計算、繪圖及動態(tài)系統(tǒng)仿真等功能有機地融合在一起[1].MATLAB 在科技領(lǐng)域的優(yōu)秀表現(xiàn)使它廣泛地應(yīng)用于幾乎所有的科學研究領(lǐng)域.應(yīng)用 MATLAB 可以讓學生體會到用計算機解決物理問題所帶來的方便和樂趣，激發(fā)學生的學習興趣[2].

大學物理課程是高等學校理工類專業(yè)學生必修的一門基礎(chǔ)課，該課程學習質(zhì)量的高低直接影響專業(yè)課程的學習.為了提高高等學校理工類專業(yè)大學物理的教學質(zhì)量，大學物理教學改革刻不容緩.為了加強學生對基本物理概念、方法及物理知識應(yīng)用方面的理解，把學生從繁重的數(shù)學計算中解脫出來，將MATLAB引入大學物理教學是一個很好的解決方法.此語言能準確和科學地反映物理學中的問題，文章通過物理學中兩個典型實例介紹MATLAB的具體應(yīng)用.

2 MATLAB軟件在大學物理問題中的應(yīng)用

2.1 單縫衍射的光強分布

在單縫衍射中，縫寬為a，入射光的波長為λ，衍射角為θ的衍射光光強為

(1)

程序如下：

x=-1∶1/100∶1;

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

(10*x);

plot(x,y)

獲得的圖像如圖1所示.由圖1可知，中間的峰值對應(yīng)的是中央明紋，兩側(cè)的峰值分別為±1級、±2級明紋.

圖1 用MATLAB獲得的單縫衍射光強圖像

2.2 用Simulink動態(tài)仿真模擬簡諧振動

如果一個質(zhì)元做簡諧振動，受到的合外力

f=-kx=ma

(2)

加速度

(3)

(1)運用Gain1將x和0.3相乘.

(2)運用Subtract使x前面的符號為負.

Scope為示波器輸出模塊.最后，將各個模塊按照方程的需要逐一連接，如圖2所示.

圖2 各模塊運行流程

單擊右鍵，選擇Configuration Parameters設(shè)置系統(tǒng)的運行環(huán)境，初始運行時間設(shè)為“0”，停止時間取為“50 s”，最大的步長設(shè)為“0.1”，初始的步長設(shè)為“0.01”，設(shè)好后，點擊OK，再點擊Simulation中的start按鈕，最后，雙擊圖2中的“Scope”輸出模塊

得到振子位移仿真曲線，如圖3所示.

圖3 振子位移仿真曲線

3 結(jié)論

將MATLAB軟件的plot命令應(yīng)用在單縫衍射光強分布中，得出了光強的分布圖像，可以使學生形象地感受到光強的分布.在已知簡諧振動初始條件的情況下，利用MATLAB軟件中的Simulink動態(tài)仿真模擬功能可便捷地獲得簡諧振子的位移圖形.MATLAB軟件還可以解決大學物理中的其他問題.

總之，將MATLAB軟件運用在大學物理教學中，可使抽象問題形象化，使復(fù)雜問題簡單化.從而激發(fā)學生的學習興趣，提高大學物理課程的教學效果.將MATLAB軟件運用在大學物理教學中是可行的.

參考文獻

1 蔡旭暉，劉衛(wèi)國，蔡立燕.MATLAB 基礎(chǔ)與應(yīng)用教程.北京：人民郵電出版社，2009.1～180

2 田濤，侯素霞，張清華.MATLAB的數(shù)值計算在大學物理教學中的應(yīng)用.考試周刊，2010(33):190～191