《MATLAB在高中物理学习中的应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB在高中物理学习中的应用.doc（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、MATLAB在高中物理学习中的应用1.MATLAB在力学分析中的应用 如图1，质量为m的小球，从静止开始沿半径为R的1/4圆弧光滑无摩擦轨道MN滑下，重力的瞬时功率如何变化？ 1.1 建模 小球下降过程中的瞬时功率：（为F和v的夹角），通过受力分析，最后可解得重力瞬时功率的表达式为： （1） 通过式（1），学生的一般分析是：重力在圆弧轨道上的分离逐渐减小，但小球下滑的速度会逐渐加大，但两者乘积的结果如何难以判断。通过复杂数学计算可以得出P的极值，进而可推断出瞬时功率先增大后减小。但功率随角度具体变化的情况学生根据已有知识却无法很快做出判断。 1.2 程序及结果 运行结果如图2所示，从图中很容易
2、看出随着角度变化，瞬时功率先增加后减小，在35度左右发生转折。 2.MATLAB在电学分析中的应用 如图3所示，倾角为30度的直角三角形底边长2l，且处于水平位置，斜面为光滑绝缘导轨，现在底边中点O处固定一正电荷Q，让一质量为m的带负电的点电荷q从斜面顶端A处释放沿斜面滑下（不脱离斜面）。现测得它滑到B点在斜边上的垂足D处的速度为v，问质点的运动过程如何？ 图3 电荷受力分析图 2.1 建模 我们可以分析得：点电荷q在斜面上任一点处受力情况，设库仑力方向与AC面间夹角为，则两电荷间的距离r可用表示，由牛顿第二运动定律得出： （2） （3） 其中，在20度到150度之间。因和是定值，所以加速度的
3、变化主要随的变化而变化。 2.2 程序及结果 为了绘图方便，这里设，在20度到150度之间变化，A对角度变化的曲线如图4所示，能很直观的看出，加速度先增加再减小。 3.MATLAB在电学实验中的应用 MATLAB/Simulink仿真实验模拟真实实验环境，让学生在虚拟的实验环境中进行实验，能便捷地熟悉物理实验并学习物理知识。下面通过MATLAB/Simulink建模仿真对伏安法测电阻实验进行分析。 3.1 建模 根据欧姆定律，在同一电路中，通过某一导体R的电流I跟这段导体两端的电压U成正比，即： （4） 通过对式（4）进行变形，可以导出测量电阻的公式为： （5） 3.2 Simulink建模
4、用MATLAB/Simulink中的Sim-powerSystems的?力系统模型库，选取相应的电阻、直流电源、电压表、电流表及示波器等基本功能模块，模块按照图5建立仿真模型，设置电压值为24V，电阻为48欧姆，然后进行仿真。 仿真结果电压、电流如图6、7所示，从图中可以看出电阻两端电压值24V，通过电阻的电流值为0.5安培，根据式（5）计算的电阻R的值为48欧姆，与设定值一致 4.结语 在高中物理学习过程中，MATLAB在进行计算、绘图分析时具有显著优势，并且Simulink通过图形化的建模过程，使复杂的电路分析变得简单、生动，同时在实验中也可以通过仿真验证实验结果，使学生更深刻直观地理解物理分析中的相关理论及分析方法，能够调动学生学习的积极性。