淺談MATLAB輔助物理教學(xué)

摘?要：在物理學(xué)習(xí)過程中，對于抽象的概念學(xué)生很難建立穩(wěn)定清晰的圖像，難以理解和掌握。將MATLAB融入物理教學(xué)中，利用其簡單的編程與仿真功能，使物理現(xiàn)象可視化，幫助學(xué)生理解抽象的概念與公式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使物理教學(xué)取得較好的教學(xué)效果。本文以MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗教學(xué)為例，擴大了教學(xué)中的研究方法與研究途徑，對于物理教學(xué)具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);MATLAB;可視化

MATLAB的名稱源自Matrix Laboratory，是由美國MathWorks公司推出的一款使用簡便、運算效率很高的科學(xué)計算軟件，它是以矩陣作為最基本編程單元的程序設(shè)計語言。MATLAB是一個功能非常強大的編程軟件，其語言簡單，擴充功能強，可開發(fā)性強，最主要的特點是其編程簡單，語句通俗易通，效率高。

物理學(xué)科概念與公式過于抽象、不易理解、學(xué)生缺乏興趣，是一門特別需要實踐操作的學(xué)科，把MATLAB運用到物理教學(xué)中，教學(xué)方式新穎，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生創(chuàng)新及自主探索意識。同時運用MATLAB仿真等功能將抽象的知識點可視化，充分給予學(xué)生直觀感受，幫助學(xué)生理解知識，掌握知識。本文簡單介紹了MATLAB，并運用MATLAB仿真把楊氏雙縫干涉實驗可視化，闡述了MATLAB輔助物理教學(xué)的作用與優(yōu)勢。

一、 MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗教學(xué)

（一）楊氏雙縫干涉實驗原理

雙縫干涉是平行的單色通過S1、S2相距為d的兩個狹縫，小孔之間距離很近，因此小孔處振動頻率相等且相同。它們發(fā)出的光在擋板后的空間相互疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在屏幕上形成干涉條紋。兩束光在屏幕上的光程差為：

ΔL=L1-L2=y-d22+z2-y+d22+z2

形成的相位差為θ=ΔL2πλ，在屏幕上干涉強度為4A20cos2θ2

（二）MATLAB楊氏雙縫干涉實驗仿真

根據(jù)上述公式設(shè)計程序代碼，在MATLAB內(nèi)輸入并進行仿真，程序代碼如下：

（三）MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗的教學(xué)優(yōu)勢

學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過光的基本特征和性質(zhì)，但沒有觀察過光的干涉現(xiàn)象，教材也未直接給出干涉現(xiàn)象的加強區(qū)和減弱區(qū)的分布規(guī)律，楊氏雙縫干涉實驗對于學(xué)生而言抽象，無法形成清晰具體的圖像。干涉是波動光學(xué)的重要內(nèi)容，但是光學(xué)實驗的課堂不容易操作，因為光學(xué)實驗需要穩(wěn)定的環(huán)境，復(fù)雜的光路調(diào)試也會占用較多的課堂時間。

MATLAB軟件具有強大的仿真功能，將其引入到高校物理實驗教學(xué)過程中并與實際操作有機地結(jié)合起來，能給學(xué)生直觀、形象、方便地演示實驗現(xiàn)象，加深對物理實驗的理解。因此采用MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗教學(xué)，可以根據(jù)公式仿真雙縫干涉圖像，形成清晰的實驗數(shù)據(jù)圖像，便于學(xué)生理解知識，掌握知識。

四、 MATLAB輔助物理教學(xué)的體會

（一）MATLAB能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）MATLAB能增加教學(xué)內(nèi)容的直觀性。

（三）物理教學(xué)中要注重教學(xué)方式的創(chuàng)新。

（四）正確運用MATLAB輔助教學(xué)。

五、 結(jié)論

通過MATLAB輔助楊氏雙縫干涉實驗，我們可以感知到MATLAB的強大功能，物理之所以讓部分學(xué)生感到很難，不易掌握，就是因為物理概念及公式過于抽象，如果不做實驗，不給學(xué)生展示具體清晰的圖像，部分學(xué)生難以掌握。以及物理教學(xué)中一些看不到摸不著的概念，學(xué)生更難理解。利用MATLAB輔助物理教學(xué)可以很好地解決這些問題，且MATLAB語言不像C語言一樣復(fù)雜，其函數(shù)語句叫簡單，教師也能較快掌握并在課堂上運用。使教學(xué)方式多樣化，符合教育改革對教師提出的創(chuàng)新的要求。當(dāng)然MATLAB的功能遠遠不止這些，對物理教學(xué)都有很大的幫助。

參考文獻：

[1]蔣志潔，陽生紅，張曰理，等.運用Matlab輔助大學(xué)物理教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量[J].物理與工程，2019，29（S1）：69-72.

[2]鄧媛祿，程立英，曲大例，等.Matlab輔助物理實驗教學(xué)的研究[J].科技資訊，2009（2）：204.

[3]段琪.MATLAB在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].智庫時代，2019（36）：186+195.

作者簡介：

張彩云，山東省聊城市，聊城大學(xué)。