Matlab在大學物理實驗的運用

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摘要：近年來，隨著計算機技術的普及，matlab具有強大的計算機處理功能，為物理實驗數據處理帶來了很大方便，使得數據的運算更加簡單準確，在物理實驗中引入MATLAB可以極大地促進實驗教學。本文將MATLAB引入大學物理實驗課中用于數據處理，適應目前課程信息化建設的需要。

關鍵詞：MATLAB；大學物理實驗；數據處理

物理學是以實驗為基礎的科學，通過物理實驗教學可以幫助學生正確理解物理規律，有利于培養學生的創新意識，受到傳統教學思想的影響，大學物理實驗教學模式現代技術手段應用不夠，實驗數據處理方法繁瑣落后，使得大學物理實驗課程不適應現代科技發展需求。實驗數據處理是實驗進行最終結果表示的必經之路，大學物理實驗數據處理中，傳統方法難以滿足科技飛速發展的需求，誤差計算需要花費大量的時間進行數據手工計算，曲線繪制由于手工操作，影響實驗的精準性，MAT-LAB是常用的科學計算工具，圖形用戶界面模塊成熟，將其引入大學物理實驗課程中，為后續專業課的學習奠定良好的基礎。

1MATLAB在物理實驗中的應用

MATLAB是1984年MathWorks公司推出的計算軟件，是集符號運算、數據擬合、圖形處理等于一體的功能強大的計算軟件，MATLAB是目前應用普遍的科學計算語言，與C語言相比，MATLAB具有功能強大，語言自然等特點。目前Fortran已成為應用計算機輔助設計、仿真教學中重要的基礎軟件，是具有通用性的數值仿真，數據可視化工具，在大學物理實驗教學中發揮重要的作用[1]。MATLAB應用中可以提供靈活的程序設計流程，高質量的界面設計，豐富多樣的仿真集成環境等。目前國外許多大學將MATLAB應用到物理、電子線路等理工科相關專業學科教學中。我國大學教學中MATLAB的應用不夠普遍，部分高校將MATLAB作為本科教育中的必修課程，應用MATLAB處理物理實驗數據時，無需掌握豐富的編程知識，只需懂得應用相關函數進行計算即可，通過復制粘貼方式將計算結果拷貝到其他軟件中編輯。大學物理實驗教學中應用普遍的MATLAB函數為平均函數mean，平方根函數sqrt，曲線擬合函數，繪圖函數，正態分布函數等。大學物理實驗數據處理中應用MATLAB，學生可以快速完成相關實驗數據處理，根據實際需求將數據的變化過程進行動態模擬，使物理變化規律形象展示。實驗數據處理中應用MATLAB可促進學生處理數據效率的提升，增強學生的學習興趣，促進學生計算機應用知識的拓展，對學生綜合能力的培養具有重要意義。

2設計思路

隨著圖形用戶界面的廣泛使用，因其易用性使得GUI成為軟件設計的不二選擇，MATLAB提供了豐富的菜單，包括窗口，文字說明等對象，用戶通過一定的方法選擇圖形對象，使計算機實現計算等。實驗數據的輸入可采取預留實驗所需控件數目，或采用其他軟件格式進行設計錄入。用戶按某種格式要求輸入到控件中缺點是設計不易保存。用其他軟件格式進行數據錄入，系統采用Excel表格文件，可以方便通過xlsread函數實現數據導入，隨時對數據進行修改保存。

3設計難點

完成實驗首先是在物理實驗中認真操作，其次是后續數據處理，實驗曲線繪制是重點，用傳統的數據處理法處理，誤差部分會將過多的時間用于數據手工計算。曲線繪制由于手工操作，影響實驗數據處理結果的可信性。將MATLAB在數據處理中引入，使學生盡早接觸計算機程序。誤差理論的使用貫穿于物理實驗過程，如果誤差理論應用不當，在最終結果表示階段也不能獲得成功。大學物理實驗緒論介紹的數據處理方法包括多次精度測量，直接測量單次量等，分為平均絕對誤差方法及不確定度方法。誤差處理方法需要學生在實驗中逐漸掌握。在信息化的今天學生學會自己用計算機解決，C語言不同于MATLAB可以提供豐富的函數，其易用性受到限制[2]。MATLAB的引入使學生可以克服傳統方法的不足，如西安科技大學生創新實驗項目在選修課《MATLAB在大學物理實驗中的應用》學習后提出，將MATLAB引入基礎課是目前課程信息化建設的需求。對誤差理論由直接測量的單次及間接測量的誤差表示方法，借助MATLAB求和函數、測量列標準偏差函數std、對數函數log等函數，及符號熟悉工具箱進行偏微分求解，最終計算各種誤差。改變以往重復的手工計算，借助計算機進行誤差計算，為后續專業課學習奠定良好基礎。物理實驗中數據處理的試驗曲線擬合對學生來說較難掌握，隨著計算機設計等計算機輔助技術的迅速普及，學生在畢業后引入計算機技術，提高曲線繪制的精準度，對實驗曲數據較好的曲線可以直接使用曲線繪制函數等進行曲線繪制，對需要進行實驗數據取舍等操作曲線擬合可使用曲線擬合工具箱，學習用計算機進行數據處理時，讓學生提高科技英語詞匯量，讓學生意識到目前所學的知識的有用性，提高學習興趣。

4結語

選修課MATLAB在大學物理實驗中的應用自開設以來，是基礎課進行信息化建設的有益嘗試，為培養多專多能的工程師奠定了堅實基礎。在大學物理實驗數據處理中應用MATLAB可以促進工作效率的提升，對學生的分析能力等進行培養，促進學生學科素養的提升。

參考文獻：

[1]李斌.MATLAB在大學物理實驗常用數據處理中的應用[J].大學物理實驗,2018,31(04):93~96.

[2]賈寧,楊欣.MATLABGUI在大學物理實驗中的應用———以金屬電子逸出功實驗為例[J].軟件導刊(教育技術),2018,17(05):86~88.

作者:王銳 劉美玲 單位:青島恒星科技學院