MATLAB数值模拟在大学物理教学中的应用

MATLAB在大学物理中的应用形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。

在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。

可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。

1984年由Little、Moler、Steve Bangert 合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。

到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。

布朗运动表述的是悬浮在流体中的微粒受到流体分子与粒子的碰撞而发生的不停息的随机运动，其运动的剧烈程度受温度影响．这一运动比较抽象，我们可以用MATLAB 仿真，将其可视化．模拟效果如图 1 所示．图1 布朗运动的模拟效果图部分程序如下：axes（handles．axes1）；global k；n = 50；x = rand（n，1）－0．5；y = rand（n，1）－0．5；h = plot（x，y，'．'）；axis（［－1 1 －1 1］）；axis square；grid off；set（h，'EraseMode'，'Xor'，'MarkerSize'，24）；if k ＞= 0；for i = linspace（1，10，10000）drawnowx = x + k /10000．* randn（n，1）；y = y + k /10000．* randn（n，1）；set（h，'xdata'，x，'ydata'，y）；endelseinput（'Error'）；end力学中的简谐振动和阻尼振动也可以用MATLAB 将其化为可视图形．如图 2 所示：2. 2 光学现象如干涉和衍射是光学中的重要物理现象，我们通过MATLAB 来实现衍射现象的可视化．单缝衍射程序：·40·李仲，董松，炊万年，沈武鹏：MATLAB 在大学物理课程及实验教学中的应用图2简谐振动规律和阻尼振动规律模拟效果图图3单缝衍射效果图functionpushbutton1_Callback（hObject，eventdata，handles）a = －2* pi：0．0001* pi：2* pi；P = （1 －sinc（a））．^2；plot（a，P）lgray = zeros（256，3）；for i = 0：255lgray（i + 1，：）= （255 －i）/255；endimagesc（P）colormap（lgray）可视化效果如图 3 所示．还可根据单缝宽度来获得不同的衍射图像．2. 3 电磁学现象等量异种电荷电场线的［x ，y ］= meshgrid （ － 2： 0. 1： 2，－ 2： 0. 1： 2） ； % 以 0. 1 为步长建立平面数据网格 z = 1. / sqrt （ （ x － 1） . ^2 + y. ^2 + 0. 01）－ 1. / sqrt （ （ x + 1） . ^2 + y. ^2 + 0. 01） ； % 写电势表达式 ［px ，py ］= gradient （ z ） ； % 求电势在 x ，y 方向的梯度即电场强度 contour （ x ，y ，z ，［－ 12，－ 8，－ 5，－ 3，－ 1，－ 0. 5，－ 0. 1，0. 1，0. 5，1，3，5，8，12］） % 画等势线·41·青海民族大学学报（教育科学版）hold on % 作图控制quiver（x，y，px，py，'k'）% 画出各点上电场的大小和方向等量异种电荷电势线描绘：［x，y］= meshgrid（－5：0. 2：5，－4：0. 2：4）；% 建立数据网格z = 1. / sqrt（（x －2）. ^2 + y. ^2 + 0. 01）－1. / sqrt（（x + 2）. ^2 + y. ^2 + 0. 01）；% 电势的表达式mesh（x，y，z）% 三维曲面绘图图4 等量异种电荷电场线及电势线描绘3 物理实验数据处理在物理实验中，通常对数据采用的是手工处理方法，常见的有列表法，作图法等，这些方法往往速度慢，效率低，而且过于繁琐．如最小二乘法是采用数理统计的方法来处理实验数据的，相比于图解法，用该方法处理实验数据更科学、更可信．但由于该方法复杂，计算量大，学生们很难顺利完成，而运用MATLAB 可以精确实现．它克服了最小二乘法计算量大的缺点，又简便易懂，很容易为学生所掌握，同时能拟合出较准确的曲线，轻松实现数据可视化．如在电阻的伏安特性曲线的绘制中，已知测得的电流、电压值分别为0. 662，0. 712，0. 782，0. 841，0. 931，0. 988A0. 1720，0. 1846，0. 2024，0. 2182，0. 2364，0. 2560V；可以用MATLAB 所提供的数据拟合多项式函数polyfit 和评估多项式函数polyval 来进行曲线拟合，并且可以计算误差平方和，方便的得到伏安特性曲线、电阻值和计算误差. 程序如下：x = ［0. 1720，0. 1846，0. 2024，0. 2182，0. 2364，0. 2560］；y = ［0. 662，0. 712，0. 782，0. 841，0. 931，0. 988］；·42·李仲，董松，炊万年，沈武鹏：MATLAB 在大学物理课程及实验教学中的应用p1 = polyfit（x，y，1）；% 一次多项式拟合p2 = polyfit（x，y，9）；% 九次多项式拟合q1 = polyval（p1，x）；q2 = polyval（p2，x）；s1 = sum（（y －q1）. ^2）；% 一次多项式误差平方和s2 = sum（（y －q2）. ^2）；% 九次多项式误差平方和plot（x，y，'* '）hold onplot（x，q1，'r'）hold onplot（x，q2，'b：o'）grid onp1，q1，s1，p2，q2，s2MATLAB 绘制的伏安特性曲线如图5 所示．拟合次数越高，曲线越精确，可以看出，一次拟合结果为：R = 3．9653 ±（2．5345e －004）Ω4 结语应用MATLAB 设计程序对物理现象规律进行模拟仿真，实现了物理现象、规律描述的可视化．通过物理实验数据处理程序的设计，可推动大学物理实验教学现代化的改革．这项实践活动不仅有助于增强学生对物理课程学习及MATLAB 软件应用开发的兴趣，还可实际应用于大学物理课程及实验教学的活动中．学以致用，是提高大学课程教学效果的有效途径和手段．参考文献：［1］苏金明，张莲花，刘波．MATLAB 工具箱应用［M］．北京：电子工业出版社，2002．［2］彭芳麟．数学物理方程的Matlab 解法与可视化［M］．北京：清华大学出版社，2004．［3］熊万杰．MATLAB 用于物理教学［J］．物理通报，2004，（2）16 －19．·43·感谢您试用AnyBizSoft PDF to Word。

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。

关于Matlab在大学物理教学中合理应用的研究报告（单位、姓名、学号等隐去）一、问题的提出：大学物理学是工科及数学、物理方面专业学生的一门必修课，由于大学物理学习中数学处理比较复杂，学生学习起来普遍感到困。

而随着科学技术的不断发展，各学科的分科越来越细，导致人们不得不花更多的时间在专业方向的深入学习上，从而不可能花大量的时间来深入学习并熟练应用相关数学知识。

另外，随着物理知识的深入和物理问题的复杂化，也很难通过书本上的几行字便在头脑中产生相应的物理情景，对物理问题的理解也变得更加困难。

因此，如何才能使得大学物理的学习变得更容易成为大学物理教学中的一个问题。

究其根本，物理教学过程中的大量数学知识要求成为问题的焦点。

如何才能让学生在学习的过程中摆脱繁冗的数学问题而更多地关注物理问题本身成为一个关键的问题。

由于现代电脑软件技术的发展，如Mathematica、Maple、Matlab、MathCAD 等数学软件在大学物理教学中的应用越来越广泛。

这些软件的引入为上述问题的解决提供了一种可能性。

Matlab以其杰出的图形及运算能力吸引了我的注意，那么Matlab如何在大学物理教学中进行应用？如何才能使得Matlab在大学物理教学过程中的促进作用最大化呢？这便是本课题要研究的。

二、选题的意义：Matlab在大学物理教学中的应用为解决大学物理学习难、教学难的问题提供了方向。

对于Matlab在教学过程中的应用的研究可以促使其在更多更广泛的物理学科及教学过程中内发挥作用，促进学生对大学物理知识的学习与理解，从而提高学生的学习效果，促进知识的深刻理解，培养物理学习的兴趣。

而针对Matlab 在大学物理教学过程中合理化运用问题的研究，将对今后大学物理教学效果的进一步提高有所帮助。

也为其他软件或高新技术在教学过程中的引入提供值得参考的资料。

三、对研究的理论界定：（一）名词解释：1、Matlab：Matlab为矩阵实验室(Matrix Laboratory)之意，是美国Mathworks公司于20世纪80年代推出的一种简便的工程计算语言。

Matlab 软件在大学物理课程教学中的辅助应用①董成伟（中北大学，山西太原030051）大学物理课程是理工科、医学与农学专业的基础课程，知识比较抽象，内容覆盖范围广泛。

学生在学习大学物理课程时需具备扎实的数学基础，如果没有掌握足够的数学知识，学生是难以学好物理课程的。

通常本科院校的物理课程在第一学年开设。

在学习大学物理课程的初期，学生处理物理问题时常借助数学工具，例如极限、积分等，其为学生处理物理问题提供一定便利的同时，也要求学生具备一定的数学素养[1]。

大学物理知识具有较强的逻辑关联性，该课程可有效锻炼学生的思维方式，教师可借助一些信息技术软件来辅助学习，帮助学生克服数学方面的学习障碍，并将抽象的物理问题变得更形象，使学生能够把握住物理本质，从而为学生学习大学物理课程提供一定的助力[2]。

当前常见的信息技术软件包括Matlab 、Maple 、Excel 等。

在这些信息技术软件中，Matlab 常被用于大学物理课程的教学过程中，该软件有着相对健全的数学函数，易学，具有独特的应用优势[3-4]。

一、Matlab 软件的基本概述Matlab 是指矩阵实验室，Matlab 软件是一种商业数学软件。

随着互联网的普及与信息技术的飞速发展，Matlab 软件的应用范围日益拓展[5-6]。

现如今，该软件的身影逐渐出现在教育行业中，作为一种教学工具来使用，得到了许多教育工作者的重视。

该软件由MathWorks 公司研发而成，随着MathWorks 公司不断进行改进与完善，该软件的功能越发强大。

该软件主要涵盖Simulink 与Matlab 这两部分，通过该软件，人们可使用算法开发、数据分析等功能[7-8]。

设计研究单位与工业部门时常研究并使用Matlab ，该软件可使编程人员暂时脱离繁杂的程序代码，在一定程度上减轻编程人员的工作量，为其工作提供便利[9-10]。

二、在大学物理课程教学中引入Matlab 的必要性与可行性当学生步入大学校园，其学习已然迈入了新的阶段。

[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数值模拟在大学物理探究式教学中的应用【摘要】本文探讨引入Matlab数值模拟的大学物理教学改革的意义，包括传统教学的问题、调研过程及内容（包括思路和方法方案、各高校的探索情况及典型教材等）、调研结果分析、后续展望等。

Matlab计算具有成本低、上手快、操作性强等特点，不仅为大学物理的课程教学提供了良好的辅助手段，而且有利于激发学生学习物理知识的兴趣，对培养学生科学观念、探索精神和创新精神、科学思维能力和智力方面都有着重要的实际意义。

【关键词】Matlab；大学物理教学改革；数值模拟1.将Matlab计算机软件引入大学物理教学的意义计算机数值计算是当今教学和科学研究的重要方法之一。

多媒体电子教案、数值软件等被广泛应用于课堂教学，使课堂教学变得更生动有效。

然而目前传统的大学物理教学中，学生往往只见最后结果，看不到计算机数值模拟背后解决物理学中的实际问题的过程，体会不到其中的乐趣。

而大学物理学作为工科学生的一门必修课，传统的教学方法已不能适应时代的新要求，计算机多媒体用于大学物理教学教学方法的大胆尝试和改革迫在眉睫。

Matlab就具有强大运算功能和作图功能而又十分易学易懂的应用软件。

它对于学习者的编程语言基础要求不高，库函数和编程语句丰富多样且简单易学，在数据可视化上也有独特的优势。

Matlab计算成本低、上手快、操作性强，不仅为大学物理的课程教学提供了良好的辅助手段，而且有利于激发学生学习物理知识的兴趣，对培养学生科学观念、探索精神和创新精神、科学思维能力和智力方面都有着重要的实际意义。

2.此改革能解决传统教学之问题将Matlab引入大学物理教学的大胆尝试，可以有力的进一步推进理工科公共基础课大学物理教学现代化改革，解决传统教学中存在的问题，主要有以下几方面：2.1消除学生对高等数学的恐惧用通常的数学方法不易解出解析结果，但用计算机编程的方法却能很方便地给出数值解答，并往往可以通过图片、视频等多媒体的方法可视化地展现出结果，将他们从抽象的数学公式泥潭中解放出来，直观的领略物理思想的奥妙。

Matlab软件在民办本科院校大学物理教学中的应用【摘要】本文主要探讨了Matlab软件在民办本科院校大学物理教学中的应用。

通过对Matlab在大学物理教学中的基本应用、具体实践、物理实验教学中的应用以及在学生学习和实践中的作用进行分析，揭示了Matlab在提高教学效果和学生学习动力方面的重要作用。

结合Matlab在物理教学中的未来发展趋势，总结了Matlab软件在民办本科院校大学物理教学中的应用，并展望了未来的发展方向。

通过本文的研究，可以为民办本科院校大学物理教学提供借鉴和参考，推动Matlab在教学中的更广泛应用。

【关键词】Matlab软件、民办本科院校、大学物理教学、应用、实践、物理实验、学习、未来发展、总结、展望1. 引言1.1 研究背景民办本科院校在高等教育中扮演着重要的角色，其教学团队在教学方法的创新和实践方面具有一定的灵活性和空间。

将Matlab软件引入民办本科院校大学物理教学中，可以为教师提供新的教学工具和方法，帮助学生更好地理解物理概念，提高物理学习的效率和质量。

在实际应用过程中，如何充分利用Matlab软件的功能，将其与物理学科知识结合起来，让学生在实践中获得更好的学习体验，是当前需要深入研究和探讨的问题。

本研究将从Matlab在民办本科院校大学物理教学中的应用现状出发，探讨其在教学中的具体实践和未来发展方向。

1.2 研究目的研究目的是探讨在民办本科院校大学物理教学中应用Matlab软件的可行性和优势，以提高教学效果和促进学生学习兴趣。

通过对Matlab在大学物理教学中的基本应用和具体实践进行深入分析，揭示Matlab软件在物理教学中的重要作用和潜力。

通过研究Matlab在物理实验教学中的应用和在学生学习和实践中的作用，探讨如何利用Matlab软件优化教学内容和提高学生实验能力。

探讨Matlab在物理教学中的未来发展趋势，为民办本科院校大学物理教学提供科学的发展方向和建议。

谈matlab在物理教学中的应用摘要随着科学技术的发展，计算机技术在物理教学中的应用越来越广泛。

MATLAB是一个易于使用的编程语言，可以帮助教师进行实验和模拟各种物理系统或过程。

它具有高效、可靠、易用以及大量的函数库和工具箱，可以大大减少开发时间。

本文主要介绍Matlab在物理教学中的应用，从Matlab的特性出发，介绍Matlab 的优点，以及它在物理教学中的应用。

关键词：MATLAB；物理教学；应用1．引言随着科学技术的发展，计算机技术已经成为科技教育的重要组成部分。

计算机技术的引入大大推动了教学模式的改变，并且可以有效地支持物理教学。

MATLAB 是一种易于使用的编程语言，具有高效、可靠、易用以及大量函数库和工具箱，可以帮助教师进行实验和模拟各种物理系统或过程，以有效地支持物理教学。

Matlab在力学方面有着广泛的应用。

力学是物理学中的基础学科，涉及物体运动和力学原理。

Matlab可以用来模拟物体的运动轨迹，计算物体的动能和动量等。

例如，可以用Matlab模拟小球在重力场中的运动轨迹，并计算小球的动能和动量变化。

这对于学生理解物体运动和力学原理非常有帮助。

Matlab在电学方面也有着广泛的应用。

电学是物理学中的重要学科，涉及电路、电动势和电磁学等。

Matlab可以用来计算电路的电流、电动势等，并可以画出电路图。

例如，可以用Matlab模拟简单的电路，并计算电路中各元器件的电流和电动势。

这对于学生理解电学原理非常有帮助。

Matlab在热学方面也有着广泛的应用。

热学是物理学的重要学科，涉及热力学、热传导、热扩散等。

Matlab可以用来模拟热学中的各种现象，并可以画出热学中的温度分布图。

例如，可以用Matlab模拟物体热传导的过程，并画出物体的温度分布图，这对于学生理解热学原理非常有帮助。

2．Matlab的特性MATLAB是一种用于科学计算和开发应用程序的高级编程语言，具有多种优势和特性。

其中最重要的特性是，它可以使用类似于C语言的语法，支持多种编程风格，可以轻松地实现各种复杂的算法；另外，它还提供了大量的内置函数库，可以快速实现各种复杂的数学计算；此外，它还具有面向对象的编程特性，可以有效地管理和处理大量的数据；此外，它还提供了各种数据可视化工具，可以有效地分析和可视化数据。

MATLAB在大学物理课程教学中的应用-以多普勒效应为例摘要：运用MATLAB仿真大学物理实验，能够帮助学生更好的对物理概念和规律进行理解和掌握，同时有效提升学生运用科学计算的能力，极大的提高物理教学的效果。

本文以多普勒效应相关内容为例，进行MATLAB仿真模拟分析。

关键词：多普勒效应 MATLAB 仿真分析在计算机仿真日益盛行的今天，作为一种重要的科学工具，计算机已经广泛渗透到人们生活的方方面面。

随着计算机仿真技术的发展，利用仿真虚拟技术展示客观物理现象，在各行各业均得到了广泛应用，逐渐成为社会发展进步不可或缺的手段。

在高校物理教学领域里，信息技术与教学相结合所带来的教育信息化已经成为当前高校物理教育改革的热门研究课题和教育发展的必然趋势。

一方面，利用计算机仿真技术优势，将枯燥难懂的物理问题变成一幅幅生动的画面，增强了教学内容的直观性，生动性，扩展了教学内容，开拓了学生视野，促进了学生对知识的理解和掌握。

另一方面，利用MATLAB仿真大学物理实验可以大大激发学生对物理知识的好奇心和求知欲，强化了学生继续探索的动机，激发了学生的创新意识，同时也极大地提高大学物理课程教学效果。

另外，用 MATLAB 制作的软件有极其丰富的表现内涵和巨大的表现能力，能够具体形象地再现各种实验概念，有效地揭示事物的本质和内在联系，将它应用于课堂教学，极大地扩展教学空间，化繁为简，变难为易，使学生对教学内容更容易理解和掌握。

本文就以物理课程中的多普勒效应为例进行仿真模拟分析，研究接收者接收到的频率变化规律。

我们知道，当一辆汽车在我们的身旁疾驰而过的时候，车上喇叭的音调呈现出从高到低的突然变化过程。

同样的，当我们在铁路旁听列车的汽笛声也能够发现，列车迅速迎面而来时音调较静止时高，而列车迅速离去时则音调较静止时低。

这种由于波源和接收者相对运动而出现接收者接收频率变化的现象，称之为多普勒效应。

多普勒效应最早由奥地利物理学家多普勒在1842年首先发现。