Matlab在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用

1、Matlab在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用 摘要：近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，MATLAB具有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)處理功能，為物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理帶來了很大方便，使得數(shù)據(jù)的運(yùn)算更加簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，在物理實(shí)驗(yàn)中引入MATLAB可以極大地促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文將MATLAB引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中用于數(shù)據(jù)處理，適應(yīng)目前課程信息化建設(shè)的需要。 關(guān)鍵詞：MATLAB；大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；數(shù)據(jù)處理 物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，通過物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生正確理解物理規(guī)律，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，受到傳統(tǒng)教學(xué)思想的影響，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式現(xiàn)代技術(shù)手段應(yīng)用不夠，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法繁瑣落后，使得大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程不適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展需求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2、是實(shí)驗(yàn)進(jìn)行最終結(jié)果表示的必經(jīng)之路，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，傳統(tǒng)方法難以滿足科技飛速發(fā)展的需求，誤差計(jì)算需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)手工計(jì)算，曲線繪制由于手工操作，影響實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性，MAT-LAB是常用的科學(xué)計(jì)算工具，圖形用戶界面模塊成熟，將其引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。 1MATLAB在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 MATLAB是1984年MathWorks公司推出的計(jì)算軟件，是集符號(hào)運(yùn)算、數(shù)據(jù)擬合、圖形處理等于一體的功能強(qiáng)大的計(jì)算軟件，MATLAB是目前應(yīng)用普遍的科學(xué)計(jì)算語言，與C語言相比，MATLAB具有功能強(qiáng)大，語言自然等特點(diǎn)。目前Fortran已成為應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、

3、仿真教學(xué)中重要的基礎(chǔ)軟件，是具有通用性的數(shù)值仿真，數(shù)據(jù)可視化工具，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮重要的作用1。MATLAB應(yīng)用中可以提供靈活的程序設(shè)計(jì)流程，高質(zhì)量的界面設(shè)計(jì)，豐富多樣的仿真集成環(huán)境等。目前國(guó)外許多大學(xué)將MATLAB應(yīng)用到物理、電子線路等理工科相關(guān)專業(yè)學(xué)科教學(xué)中。我國(guó)大學(xué)教學(xué)中MATLAB的應(yīng)用不夠普遍，部分高校將MATLAB作為本科教育中的必修課程，應(yīng)用MATLAB處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，無需掌握豐富的編程知識(shí)，只需懂得應(yīng)用相關(guān)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算即可，通過復(fù)制粘貼方式將計(jì)算結(jié)果拷貝到其他軟件中編輯。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用普遍的MATLAB函數(shù)為平均函數(shù)mean，平方根函數(shù)sqrt，曲線擬合函數(shù)

4、，繪圖函數(shù)，正態(tài)分布函數(shù)等。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用MATLAB，學(xué)生可以快速完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，根據(jù)實(shí)際需求將數(shù)據(jù)的變化過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，使物理變化規(guī)律形象展示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用MATLAB可促進(jìn)學(xué)生處理數(shù)據(jù)效率的提升，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí)的拓展，對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)具有重要意義。 2設(shè)計(jì)思路 隨著圖形用戶界面的廣泛使用，因其易用性使得GUI成為軟件設(shè)計(jì)的不二選擇，MATLAB提供了豐富的菜單，包括窗口，文字說明等對(duì)象，用戶通過一定的方法選擇圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算等。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸入可采取預(yù)留實(shí)驗(yàn)所需控件數(shù)目，或采用其他軟件格式進(jìn)行設(shè)計(jì)錄入。用戶按某種格式要求輸

5、入到控件中缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)不易保存。用其他軟件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，系統(tǒng)采用Excel表格文件，可以方便通過xlsread函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改保存。 3設(shè)計(jì)難點(diǎn) 完成實(shí)驗(yàn)首先是在物理實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真操作，其次是后續(xù)數(shù)據(jù)處理，實(shí)驗(yàn)曲線繪制是重點(diǎn)，用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理法處理，誤差部分會(huì)將過多的時(shí)間用于數(shù)據(jù)手工計(jì)算。曲線繪制由于手工操作，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的可信性。將MATLAB在數(shù)據(jù)處理中引入，使學(xué)生盡早接觸計(jì)算機(jī)程序。誤差理論的使用貫穿于物理實(shí)驗(yàn)過程，如果誤差理論應(yīng)用不當(dāng)，在最終結(jié)果表示階段也不能獲得成功。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論介紹的數(shù)據(jù)處理方法包括多次精度測(cè)量，直接測(cè)量單次量等，分為平均絕對(duì)誤差方法及

6、不確定度方法。誤差處理方法需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中逐漸掌握。在信息化的今天學(xué)生學(xué)會(huì)自己用計(jì)算機(jī)解決，C語言不同于MATLAB可以提供豐富的函數(shù)，其易用性受到限制2。MATLAB的引入使學(xué)生可以克服傳統(tǒng)方法的不足，如西安科技大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在選修課MATLAB在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用學(xué)習(xí)后提出，將MATLAB引入基礎(chǔ)課是目前課程信息化建設(shè)的需求。對(duì)誤差理論由直接測(cè)量的單次及間接測(cè)量的誤差表示方法，借助MATLAB求和函數(shù)、測(cè)量列標(biāo)準(zhǔn)偏差函數(shù)std、對(duì)數(shù)函數(shù)log等函數(shù)，及符號(hào)熟悉工具箱進(jìn)行偏微分求解，最終計(jì)算各種誤差。改變以往重復(fù)的手工計(jì)算，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行誤差計(jì)算，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。物理實(shí)驗(yàn)

7、中數(shù)據(jù)處理的試驗(yàn)曲線擬合對(duì)學(xué)生來說較難掌握，隨著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的迅速普及，學(xué)生在畢業(yè)后引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高曲線繪制的精準(zhǔn)度，對(duì)實(shí)驗(yàn)曲數(shù)據(jù)較好的曲線可以直接使用曲線繪制函數(shù)等進(jìn)行曲線繪制，對(duì)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取舍等操作曲線擬合可使用曲線擬合工具箱，學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，讓學(xué)生提高科技英語詞匯量，讓學(xué)生意識(shí)到目前所學(xué)的知識(shí)的有用性，提高學(xué)習(xí)興趣。 4結(jié)語 選修課MATLAB在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用自開設(shè)以來，是基礎(chǔ)課進(jìn)行信息化建設(shè)的有益嘗試，為培養(yǎng)多專多能的工程師奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用MATLAB可以促進(jìn)工作效率的提升，對(duì)學(xué)生的分析能力等進(jìn)行培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提升。 參考文獻(xiàn)： 1李斌.MATLAB在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)常用數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用J.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2018,31(04):9396. 2賈寧,楊欣.MATLABGUI在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用以