MATLAB GUI界面在高中物理實驗中的應(yīng)用

裴文娟 王順天

【摘 要】新課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生是主體，要充分發(fā)揮學(xué)生的自主性和主體性，這就要求學(xué)生主動學(xué)、主動做、主動思考與檢查。針對這一目標(biāo)，本文以高中課本中“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”為例，利用MATLAB GUI界面對實驗進(jìn)行計算處理，使學(xué)生做到自學(xué)、自做、自驗，進(jìn)而提高課堂學(xué)習(xí)效率、增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終達(dá)到有效培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力的目的。

【關(guān)鍵詞】MATLAB GUI；高中；物理實驗

高中物理實驗課程是一門實踐性課程，在實驗過程中，不僅可以培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)實驗素養(yǎng)，而且學(xué)生在實驗課中既動手又動腦，可使學(xué)生對物理知識理解更加深刻，對物理產(chǎn)生更加濃厚的興趣。在實驗時，我們可以將MATLAB GUI界面應(yīng)用到實驗教學(xué)中，提高實驗課效率。

1.實驗

文章以人教版必修1第二章中“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗為例。實驗所用電火花打點計時器頻率為50 Hz。實驗開始先接通電源，再釋放小車，打點計時器在紙帶上打出一系列點。通過改變砝碼的質(zhì)量，重復(fù)進(jìn)行三次實驗。從紙帶上選取一定的長度，與這一長度對應(yīng)的時間即為已知。選取計時點時，要舍去小車開始運動時的密集點，從便于測量的點開始作為第一個點，標(biāo)為“0”。計算選取學(xué)生做實驗得出的三條實驗紙帶，實驗數(shù)據(jù)處理以三個點為計數(shù)單位，其時間為△t=0.04s，用刻度尺測量三點之間的長度△x（如表1）。這樣就能求得這一段時間內(nèi)的平均速度v。△t很小，可認(rèn)為v是這段時間內(nèi)任一點的瞬時速度。計算各段計時單位內(nèi)的平均速度v1，v2，……作為不同時刻的瞬時速度，以瞬時速度v為縱軸，時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系。在坐標(biāo)系中描繪出v-t圖象，找出這些點的分布規(guī)律。

物理實驗教學(xué)應(yīng)該側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，在學(xué)生動手完成實驗后，老師應(yīng)在短時間內(nèi)對學(xué)生實驗給出有效的評價，而利用MATLAB GUI界面交互性，可以實現(xiàn)這一目的。

2.MATLAB GUI界面及數(shù)據(jù)處理

探究小車速度隨時間變化規(guī)律的MATLAB GUI界面主要分為三個板塊：實驗數(shù)據(jù)計算結(jié)果顯示（左上角）、實驗圖像結(jié)果顯示（左下角）、實驗數(shù)據(jù)輸入和功能實現(xiàn)（右邊）。實驗過程中通過計算機(jī)將此軟件與實驗器鏈接，計算機(jī)將在固定的時間間隔內(nèi)自動記錄一次小車的運動位移，并將時間與位移記錄并錄入輸入變量一欄中。點擊相應(yīng)的功能鍵，就可以計算與繪制出實驗結(jié)果及圖像。且實驗時根據(jù)實驗需要，可以改變測量時間間隔。一般打點計時器的時間為0.02s，所以每隔0.02s就能打出一個點，但根據(jù)具體情況可以通過改變計數(shù)點個數(shù)來改變時間。計算時以3個點為計數(shù)單位，所以點擊計算功能鍵，顯示出的時間間隔為0.04s，這和我們理論知識所講的完全對應(yīng)。繪圖功能鍵是計算機(jī)根據(jù)計算實驗數(shù)據(jù)繪制出的v-t圖象，再利用MATLAB GUI界面計算和繪圖結(jié)果，可很快對比出學(xué)生在對數(shù)據(jù)的測量、記錄、處理等方面暴露的問題，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

計算機(jī)根據(jù)我們在輸入變量這一欄中輸入打點計時器打點時間及以三個點為計數(shù)單位的條件，每經(jīng)過0.04s將會自動記錄一次紙帶（小車）前進(jìn)位移Δx，并且在Δx顯示欄顯示。注意：如果Δx只有一組實驗數(shù)據(jù)，顯示或輸入形式為“[1 2 3 4 5 6]”，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間用空格隔開。如果多次試驗，Δx是兩組或兩組以上數(shù)據(jù)，顯示或輸入形式為“[1 2 3 4 5 6；5 5 5 5 5 5；9 8 7 6 5 4]”，同樣數(shù)據(jù)間用空格隔開，每組數(shù)據(jù)之間用分號隔開。此界面操作便捷、計算快、實驗結(jié)果直觀，讓學(xué)生自己對比驗證實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。教師在教學(xué)過程中可利用此軟件對實驗及實驗結(jié)果進(jìn)行講解分析，可在短時間內(nèi)對多組學(xué)生實驗進(jìn)行有效評價，分析得出實驗誤差及造成誤差的原因，提高了課堂效率。

3.展望

文章以“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗為例展示了MATLAB GUI界面處理高中物理實驗的簡便與直觀。在課堂上，學(xué)生獨立完成實驗，利用MATLAB GUI界面檢驗實驗的合理性與正確性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。在今后的教學(xué)過程中，我會將所有高中物理實驗以MATLAB GUI界面展示，提高課堂效率、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高秀麗.基于支架式教學(xué)策略下的高中物理高效課堂[J].物理教學(xué)探討，2014（32）：468

[2]孫曉國.淺談高中物理實驗教學(xué)存在的問題及對策[J].教育科學(xué)，2015（14）：120

[3]趙敏.淺析高中物理實驗教學(xué)存在的問題與對策[J].高中數(shù)理化，2016（22）：32

【作者簡介】

裴文娟（1988.8-），女，漢，甘肅會寧縣，學(xué)士（本科），中學(xué)初級教師，研究方向：高中物理。