编程软件MATLAB在大学物理实验教学中的应用探讨.pdf

第6卷增刊广东工业大学学报(社会科学版)Vol.6Suppl.
2006年12月JournalofGuangdongUniversityofTechnology(SocialSciencesEdition)Dec.2006

编程软件MATLAB在大学物理实验
教学中的应用探讨

钟会林吴福根

(广东工业大学实验教学部,广东广州,510090)

摘要:运用编程软件MATLAB对两个物理实验进行了仿真,其结果有助于学生加深对实验的理解,提高物理实验
的教学效果。
关键词:仿真实验MATLAB李萨如图双光栅
中图分类号:G642文献标识码:A

“物理学”是一门以实验为基础的科学。物理实验教学,
在培养学生科学素养、创新能力方面,起着非常重要的作用,
是物理理论教学所无法替代的。随着时代的发展,计算机辅
助教学走进了现代教育教学的体系,并成为一个目前从理论
到教学实践都很感兴趣的课题。针对物理实验教学中的一
些问题,利用计算机进行仿真,能使学生较好地预习实验,理
解实验,完成实验,复习实验,是一种很有效的教学手段。仿
真实验的发展与日趋完善,将会打破传统的实物实验模式,
实现实验资源的优化和共享。
进行仿真实验,要运用为数众多的计算机语言和编程软
件,例如C语言,FORTRAN语言,LabVIEW(虚拟仪器),MAT2
LAB/Simulink等等。这些语言、软件功能强大,在多个领域都
有广泛应用,其本身的内容也可谓丰富多彩。编程软件在大
图运用仿真的四个李萨如图形
学物理实验教学中的应用是一个大的研究课题,在本文中不1MATLAB
可能作全面的论述。本文主要就MATLAB在大学物理实验
二、双光栅测量微弱振幅的仿真
教学中的应用作一个探讨,并给出了教学实例。
激光双光栅法测微小位移实验是我校面向本科生开设
一、示波器的使用-李萨如图的MATLAB仿真
的物理实验项目,[1]该实验根据激光的多普勒效应,[2-3]通
李萨如图在示波器的使用教学过程中,是一个重要的实过双光栅形成光拍的原理来精确测定微振动位移。[4-5]我校
验内容,通过李萨如图形的调节,既可以提高学生的实验兴实验室使用的是杭州富阳精科仪器有限公司生产的FB505
趣,熟悉示波器面板上各个旋钮的功能,又让学生学习了一型双光栅微弱振动测量仪,该仪器在实验项目中主要用作音
种测量未知频率的实验方法。但在实验的过程中,由于信号叉振动分析、微振幅(位移)测量和光拍研究。本实验构思巧
源不够稳定、外界干扰等因素,最后可能导致所形成的李萨妙,综合运用了力学、光学、电学的知识,对启发学生的思维,
如图不够稳定,给实验观察和测量带来了不便。但如果课前提高学生知识的综合运用能力,以及开阔学生对现代测量技
在MATLABA中进行仿真,这些不利因素就可以排除,更清楚术的视野具有重要意义。
得看到各种美丽的李萨如图,也容易寻找李萨如图的形状本实验的主要内容是:通过光路调节得到拍频波,测量
(交点数目)与信号频率比的关系。图1是用MATLAB仿真音叉的谐振频率和振幅,描绘音叉的谐振曲线。从一个学期
出来的四个李萨如图1。的教学实践来看,本实验的操作并不是十分困难,在两小时
运用MATLAB仿真,也可以很方便地纠正一些容易犯的以内,中等程度的学生均能够完成所有规定的实验操作。困
实验认识错误。例如,问及当两个通道的信号互换以后,李难的是本实验运用的知识较多,信息量大,教材的篇幅和指
萨如图会怎样变化时,很多同学会不假思索的回答说,李萨导教师的讲解均是很有限的,这就使得部分学生实验做完
如图绕中心转过90度。这也许是因为学生在实验过程中观了,却不理解实验中的现象是怎么产生的,仍然困惑重重,正
察到封闭的李萨如图的概率远大于非封闭的李萨如图的概所谓“知其然,不知所以然”。这种困惑对培养学生的实验能
率。对于非封闭的李萨如图,情形并不是这样的,我们可以力是不利的,如何消除学生的困惑,让每个学生均能充分理
通过MATLAB很方便地加以验证,如图2所示。解本实验的巧妙构思,是本实验项目的指导教师应该思考并

收稿日期:2006209210
作者简介:钟会林(19782),男,汉族,助教,硕士;主要研究方向:新型弹性复合材料的应用。

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教学改革:编程软件MATLAB在大学物理实验教学中的应用探讨

图2当两个通道的信号互换前(实线)后(虚线),李萨如图的变化情况,信号的频率比分别为:(a)图2∶1,(b)图3∶1

解决的问题。其实本实验的关键点是拍频波,只要学生充分φ2+φ1
cosω0t+
理解并解决了拍频波是如何产生的,拍频波与光拍是什么关2
(假设E=E)(3)
系以及拍频波的波形数目与音叉振幅的关系这三个问题,就1020
等于抓住了本实验的核心内容。运用MATLAB可以演示相加的结果