张靖宇

（山西大学物理电子工程学院， 山西太原，030006）

浅析Matlab软件在大学物理教学中的具体运用

张靖宇

（山西大学物理电子工程学院， 山西太原，030006）

本文结合Matlab软件的概念和主要特点，通过相关大学物理教学实例，来对Matlab软件在大学物理教学中的具体运用进行分析，并且在此基础上，对大学物理辅助教学平台的建立方式和原则进行描述，以此来提高大学物理教学的整体效率和质量。关键词：Matlab软件；大学物理教学；具体运用

0 前言

大学物理是高校理工科专业中一门重要的基础课程，通过对大学物理的学习，能够培养学生的整体科学素质，但是由于大学物理教学中所涉及到的内容较多，但是教学时间并不充裕，加上目前授课的主要方式为板书语言授课，这样的方式不利于学生接收和消化大量的物理学知识，在这样的情况下，学生容易出现学习兴趣低下，整体学习效率不高等问题。针对这种情况，需要在大学物理教学中应用各种现代化的教学手段来提高教学效果，而Matlab软件就是现代化教学软件中一种比较适合大学物理教学的软件，对学生理解物理基本概念、掌握相应的理论知识有着较好的作用。

1 Matlab软件的概念和特点

从本质上来看，Matlab软件软件属于一种具有极高性能的数据计算和可视化软件，也是目前国际上公认的在科技领域方面较为优秀的应用软件和开发环境之一，在实际的使用过程中，具有集数值计算、矩阵运算、图形输出和信号处理为一体的使用特点，根据这样的特点可以看出，Matlab软件具有方便快捷，操作简单等一些列优点，在开发并推广的过程中对其进行不断完善，目前Matlab软件已经成为社会中比较常用的标注计算软件之一，其主要功能和特点体现在这样几个方面：首先，Matlab软件能够将复数矩阵作为基本的计算编程单元，语言简洁明了，在操作的过程中具有灵活简单的特点。在另外一个方面，在利用Matlab软件进行数值运算的过程中，其运算符号和寓言功能非常丰富，能够对面对对象进行编程，具有较高的数据处理效率。而对于大学物理来说，其中的大部分研究对象是具体而又抽象的，这样的学科特点会导致学生在实际的学习过程中感到非常的费解和鼓噪，影响整体的学习效果，这就可以利用Matlab软件的数据计算功能和图像处理功能，将其引入到一些特定的物理研究当中，以此来提高学生的学习兴趣，帮助学生更加深入的了解物理学习内容。

2 Matlab软件在大学物理教学中的具体应用

从以上介绍可以知道，Matlab软件的主要功能包括数值计算和图像处理，也就是说可以在实际的大学物理教学过程中，应用Matlab软件来进行数值计算，并且输出相应的图像，在进行观察比较之后来对相应的物理学知识进行研究，下面以具体的物理教学案例来对Matlab软件在大学物理教学中的应用进行分析。

运动学是大学物理中最为基本的一项内容，同时也是一项较为复杂的物理学知识，只有学习好这一方面的内容，才能帮助学生更加方便的掌握后续的课程知识，此次研究的对象为斜面上物体下滑问题，如图1所示，此斜面的倾角为α，AB两点之间的距离为l=2.1m，质量为m的物体从斜面顶端向下进行滑动，已知斜面的摩擦因数为0.14，所要研究的问题为当倾角α为多少时，物体在斜面上的下滑速度最快？

图1 光滑平直斜面示意图

在对光滑平直斜面示意图进行分析之后，可以对物体的受力情况进行分析，并且建立相应的直角坐标系，利用牛顿第二定律可以知道物理的重力加速度为g，根据示意图可以直达，物体下滑时候做的是匀变速直线云顶，这样就可以得出物体在斜面上的下滑时间t

根据这样的物理公式，可以利用Matlab软件来对物体下落时间t与倾斜角α之间的关系曲线进行输出并观察。根据图2可以看出，在倾斜角α较小的时候，随着α的不断增大，物体的下落时间t会急速的减小，在α增大到0.4的时候，t的变化出现平稳的状态，当α增大到1.5的时候，t开始快速增加，α与t之间的变化曲线呈现出U形。根据这样的图形，可以根据Mat lab软件中的极小值，来得出物体下落时间t的最小值，也就是当α=0.855，夹角约为49°的时候，物体的下落时间t取最小值为0.993，如图3所示。根据图2和图3的相互比较可以知道，可以通过Mat lab软件来直观的显示出两个变量之间的关系，以此来帮助学生更加直观的发现物体规律。

图2 物体在下面下滑中所用时间t与斜面倾角α之间的关系

图3 物体在下面下滑中所用时间t与斜面倾角之间的关系

从以上Mat lab软件的应用可以知道，在进行相应的物理教学的过程中，可以通过物理问题来得出相应的物理公式，并且在此基础上，应用Mat lab软件中的数值计算功能和图形输出功能，来从图形中得出想要解答的数据，在另外一个方面，也可以利用Mat lab软件来得出相互联系的两个图形，在进行相互比较之后，就能够得出想要研究的物理规律。

3 利用Mat lab软件来构建大学物理辅导教学平台

通过Mat lab软件在大学物理教学环节中的应用，可以知道Mat lab软件能够帮助学生进一步的了解物理规律，提高学生的科学素质和解题速度，在此基础上，也可以利用Mat lab软件来构建相应的大学物理辅助教学平台，以此来实现在实际的物理教学环节中，针对已经编译好的程序，来对其进行快速而又准确的执行，这样不能能够对整个平台的资源进行有效整合，同时也能够在一定程度上提高程序的执行效率。结合Mat lab软件的数值计算功能和图形输出功能，能够为用户提供更加完整的图形用户界面设计和开发，将已经编译好的演示程序，通过图形用户界面来进行人机信息交流，并且在此基础上，形成大学物理教学中所需要的辅助教学软件。

由于大学物理教学涉及到的内容较多，所以说利用Mat lab软件在大学物理教学中的应用范围是非常广泛的，也就是说根据实际要求的不同，根据Mat lab软件所设计出的界面可能也会发生不一样的变化，其功能和效果也会具有一定的差异，但是所设计出的最终界面都需要满足这样几个方面的要求：首先是简单性，对于大学物理辅导教学平台来说，在实际应用的过程中需要尽可能的追求简单直观的表达方式，以此来更快的得出相应的物理规律，对于平台中一些对于物理教学没有帮助的功能，可以根据实际情况来进行删除或者隐藏处理。另外是一致性，一致性主要指的是平台界面的一致性，虽然说由于实际需求的不同，所设计的最终界面会具有一定的差距，但是这样的界面风格与其它的界面风格不能截然不同，否则用户在使用其它平台的时候还需要重新了解和认识用户界面和功能，除了界面风格之外，还需要在满足实际功能的基础上，采用用户所熟悉的标志和符号。最后是常用性，常用性主要指的是在平台的构建过程中，对于一些比较常用的物理公式和符号，可以设置到比较方便的位置，以此来方便人们的使用和计算。通过以上叙述可以知道，大学物理辅导教学平台的建立，需要在保证其主体功能得到发挥的情况，提高界面的整体简洁性和一致性，以此来提高辅助平台的使用效率。

4 结束语

Mat lab软件具有极其强大的应用功能，主要表现在数值计算和图形输出方面，针对大学物理教学中内容复杂多样的特点，可以借助Mat lab软件来进行计算和图形比较，使学生更加深入的认识物理规律，提高大学物理课堂的整体教学效率。在另外一个方面，也可以借助Mat lab软件的功能，来扩大其应用范围，构建相应的大学物理辅助教学平台，并且需要在保证其功能发挥的基础上对界面设计进行优化，使Mat lab软件的功能得到完全发挥。

[1]王安玲.Matlab在大学物理实验教学中的应用[J].北京印刷学院学报,2012年06期.

The application of Matlab software in College Physics Teaching

Zhang Jingyu
(School of physics and electronic engineering, Shanxi University,Taiyuan Shanxi, 030006)

In this paper, the concept and main features of Matlab software, the university physics teaching examples of the specific application of Matlab software in college physics teaching are analyzed, and on this basis, the establishment of the university physics teaching platform and principles to describe, in order to improve the overall efficiency and quality of College Physics teaching the

Matlab software; college physics teaching; concrete application