摘 要：針對(duì)物理學(xué)理論知識(shí)的抽象，文章通過(guò)理論推導(dǎo)和MATLAB軟件呈現(xiàn)可視化電子束磁聚焦模型，科學(xué)清晰呈現(xiàn)磁聚焦分布特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：MATLAB；磁聚焦；分析

一、 引言

隨著以計(jì)算機(jī)為載體的信息技術(shù)及其在課程與教學(xué)中應(yīng)用，深刻影響課程與教學(xué)手段的更新。近幾年，尤其以MOOC課程以及翻轉(zhuǎn)課堂引發(fā)的課程與教學(xué)改革如火如荼展開(kāi)。而其中如何將復(fù)雜和抽象的物理過(guò)程以數(shù)學(xué)描述的形式直觀展現(xiàn)顯得十分重要。原因在于物理知識(shí)或規(guī)律本身就來(lái)源于生活或生產(chǎn)實(shí)踐，而物理知識(shí)與規(guī)律的抽象性與之相沖突，導(dǎo)致對(duì)物理知識(shí)的掌握很淺層。解決這一矛盾最直接的辦法是直觀的呈現(xiàn)物理過(guò)程，將復(fù)雜的問(wèn)題直觀化?，F(xiàn)有常見(jiàn)的方法為運(yùn)用FLASH或3DMAX等軟件的對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行直觀的模擬，但是該方法不是基于物理理論或規(guī)律嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述的模擬，而只是對(duì)現(xiàn)象的簡(jiǎn)單直觀呈現(xiàn)。雖然能得到動(dòng)態(tài)的物理情景的呈現(xiàn)，但在科學(xué)意義上卻是錯(cuò)誤的。更可行的方案是運(yùn)用MATLAB軟件，利用其數(shù)值分析、科學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算以及面向可視化的交互設(shè)計(jì)的計(jì)算環(huán)境，呈現(xiàn)出可視化以及非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多功能。本文運(yùn)用物理理論先行理論推導(dǎo)出α粒子散射的各參量的數(shù)學(xué)描述形式，再運(yùn)用Matlab構(gòu)建α粒子散射可視化模型，最終實(shí)現(xiàn)物理模型的科學(xué)碎片化和可視化。

二、 物理模型構(gòu)建

α粒子散射實(shí)驗(yàn)（a-particle scattering experiment）又稱(chēng)金箔實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是在歐內(nèi)斯特·盧瑟福指導(dǎo)下，由漢斯·蓋革和恩斯特·馬斯登兩位科學(xué)家共同所做的經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)。它既是近代物理學(xué)經(jīng)典性實(shí)驗(yàn)，更是近代原子核式模型建立的基礎(chǔ)。

三、 可視化模型分析

運(yùn)用MATLAB編程獲取圖1和圖2。圖1是動(dòng)能與散射角之間的關(guān)系，圖像表明，隨著中子的散射角的增加，中子的散射速率逐漸減少；當(dāng)中子反彈即碰撞反彈回來(lái)時(shí)，中子散射速率最小。此外，中子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量的比值也影響中子散射速度，當(dāng)原子核的質(zhì)量與中子的質(zhì)量比值接近1時(shí)，同一個(gè)散射角對(duì)應(yīng)的散射速率就越小。當(dāng)中子多次和與之質(zhì)量相近的原子核碰撞后，哪怕中子不反彈，速率也會(huì)迅速減小。圖2反映的是中子損失的動(dòng)能與散射角之間的關(guān)系，圖像表明，中子散射后隨著散射角的增加其損失的動(dòng)能也越來(lái)越大；中子損失的動(dòng)能最多場(chǎng)景為中子反彈時(shí)。中子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量比值也影響中子動(dòng)能的損失，圖像表明同一個(gè)散射角，中子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量的比值越大損失的動(dòng)能就越多。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅山孩.MATLAB在大學(xué)物理MOOC課程可視化教學(xué)中的應(yīng)用[J].考試周刊，2014（63）：124-125.

[2]彭芳麟，梁穎，劉振興.在計(jì)算物理基礎(chǔ)課中用MATLAB培養(yǎng)學(xué)生的編程能力[J].大學(xué)物理，2013（9）：9-14+17.

作者簡(jiǎn)介：

梅山孩，浙江省杭州市，浙江樹(shù)人大學(xué)。