MATLAB在中学物理教学中的应用

MATLAB在中学物理教学中的应用
卢本全
（黄冈师范学院物理科学与技术学院湖北黄冈 438000）
摘 要：介绍利用Matlab软件通过最小二乘法对物理实验数据进行处理的方法，并且利用Matlab的高级绘图功能，将其应用于物理教学中，能够动态演示物理实验过程与规律。

关键词： Matlab；数据处理；动态演示
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2010）0910152－01
随着计算机和计算方法的不断普及和发展，使得“计算物理”、“理end
论物理”和“实验物理”三者相互促进，并驾齐驱，成为现代物理学的三plot(x，y，u，v，'*')
大支点。

物理学作为一门理科，有其不同之处。

它所揭示的是自然界规做出的图形为：
律，其中有些规律与人感官上的感觉是一致的，但有些规律是与人的感觉
相违背的。

因此，在从事物理教学时，要想方设法让学生充分理解其物理
规律。

Matlab是由美国mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理等方
面的强大数学应用软件。

将MATLAB软件应用于物理教学中，能使教学内容
更加形象直观，更能够提高学生的学习兴趣，更用助于培养学生的创新能
力。

1 用MATLAB软件处理实验数据
例：利用欧姆定理测量电源的电动势和内阻
表 1
图1 甲舰追击乙舰的运动轨迹图
3 用MATLAB动态演示物理运动过程
例：动态演示物体的平抛运动与斜抛运动。

其演示程序如下：
vx=100*cos(1/4*pi)；
vy=100*sin(1/4*pi)；
t=0：0.001：15；
根据E=U+I*r（E为电源电动势，I为流过电源的电流，r为电源内阻）x=vx*t；
可知，E和I之间满足线性关系，对表中的数据利用最小二乘法，可得：y=vy*t-9.8*t.^2/2；
U=1.495-1.295*I comet(x，y)%演示斜抛运动
vx=40；
2 用Matlab软件模拟物理运动过程
t=0：0.01：10；
例：追击问题：设位于坐标原点的甲舰追赶位于x轴上点A（1，0）处
x=vx*t；
的乙舰，甲舰的方向始终指向乙舰。

乙舰以V0=1海里/分钟的速度延平行于
y=-9.8*t.^2/2；
y轴的方向直线行驶，甲舰的速度为V1=5海里/分钟。

comet(x，y)%演示平抛运动
解：设在t时刻甲舰的坐标为P（x，y），乙舰的坐标为Q（1，V0*t）
动态演示物体的运动过程能让学生深刻领会其物理规律。

它可以将学根据甲舰始终对准乙舰，即直线PQ是甲舰的轨迹曲线在P处的切线，
生无法理解，难以想象的物理运动过程细化，简单化，有助于提高教学效即可得出：
率。

4 用MATLAB动态演示抽象的物理现象
由于甲舰的速率为乙舰的5倍，有：例：演示分子的布朗运动
n=30；
s=0.02；
由（1）式和（2）式即可解出导弹的运行轨迹：x=rand(n，1)-0.5；
y=rand(n，1)-0.5；
h=plot(x，y，'.')；
同样，也可解出甲、乙相遇的位置和相遇所用的时间。

axis([-11-11])；
用Matlab编写程序，模拟甲舰追赶乙舰的过程如下：axis square
p=[0，0]；t=0；dt=2；v0=0.42/60；v1=5*v0；e=0.02；n=100；%设grid off
置初始数据set(h，'EraseMode'，'Xor'，'MarkerSize'，20)；
fork=1：n fori=linspace(1，10，5000)
t=t+dt；q=[1，v0*t]；u(k)=1；v(k)=q(2)；w=q-p；d=norm(w)；drawnow
ifd<=e x=x+s*randn(n，1)；
break，end Y=y+s*randn(n，1)；
w=w/d；p=p+v1*dt*w；x(k)=p(1)；y(k)=p(2)；%计算PQ两点的距离（下转第130页）
缸的轴承和传动系统的减速箱。

命），经常更换润滑油不但造成浪费，更重要的是容易隐藏设备的一些故在造纸机干燥部润滑系统设计时，实际中曾经把造纸机干燥部的轴承障，应该通过检验润滑油的一些性质来加以判断润滑。

如通过对比设备已和减速箱润滑设计为一个稀油润滑站。

这看起来即节省了设备成本，又便使用润滑油和设备使用的标准润滑油的粘度；检验润滑油中是否含水；检于维护，只要选择一种适合润滑油就可以实现两部分的润滑，但在实际使验润滑油中机械杂质；判断润滑油是否发生氧化变质等。

用中出现了很多的问题：1）油管的堵塞，使设备不能得到及时润滑，造成表2 某公司提供的部分润滑油的使用寿命
烘缸轴承磨损加快，严重时造成烘缸轴的研损；2）减速箱齿轮的磨损，造成传动系统运行变得不稳定，严重时造成传动速度无法调节，只能更换减速箱。

以上只是润滑系统设计不当造成的最典型的问题。

这就反映出润滑系统在设计时，没有从轴承润滑和齿轮润滑各自的特点入手。

由于为这两个部分润滑的润滑油的性质不同，这就要求两个润滑系统要各自独立，并且根据润滑油的特点配置稀油润滑站。

如果润滑油发生了变质，在更换时要使用专用的清洗油对润滑系统进现在稀油润滑系统在设计时，通常还加上了各润滑点的流量检测传感行清洁，清除其中的油泥和一些残留物，同时清洗润滑管道以保证润滑系器、温度传感器等检测设备，并与造纸机的DCS相连，从而更方便的反映出统通畅。

在润滑油的添加时，应加到润滑站允许的范围内，同时要清洁加润滑系统状态，方便造纸机的维护。

油时润滑站外溅出的油，防止其污染周围的环境。

4.4 防止漏油的产生
4 特种造纸机润滑系统的维护管理
润滑系统的漏油，不但污染环境，造成润滑油的浪费，同时还可能造设备润滑在设备维护管理中具有十分重要的作用，对于润滑系统的维成安全隐患，影响生产的正常运行。

因此在维护过程中，加强对润滑管道护管理也就成为保证机械设备正常安全运转的重要内容之一。

润滑系统的的检查，防止漏油的产生。

维护不只是加油、换油这样简单，它有其自身的具体要求：
5 小结
4.1 保证润滑油品牌、种类、牌号的单一性
由于润滑油是石油产品，不同种类、不同品牌、不同牌号的润滑油中现代造纸机的发展使干燥部的工况越来越苛刻，传动系统的稳定性要所含的成分及其比例不同，同时为了改善润滑油的性质，其中加入了一定求也越来越高，这就要求润滑系统也要适应现代造纸机的发展。

要从采用量的添加剂。

这就造成了不同种类、不同品牌、不同牌号的润滑油如果混造纸机专用循环液压油、对润滑系统进行合理的设计、加强对循环润滑系合使用，或经常更换润滑油的品牌、牌号而润滑系统没有得到很好的清洗统的维护管理等方面入手，并在实践不断加以总结。

造纸机是连续运转设时，会造成润滑油中添加剂的化学反应，从而使添加剂失效，损坏润滑油备，由于润滑不良引起的设备事故往往影响很大，因此做好设备的润滑维的使用效果。

护工作是一项十分重要的工作。

这样看来，不能单一认为油品的选择是最为重要的，因为齿轮和轴承的使用寿命很少取决于某种新油品的性质，而是更多的取决于它长时间使用的适用性，即油品整个寿命期内的润滑的稳定性。

因此在选择润滑油参考文献：
时，选择那些能提供更好润滑服务的油品商。

[1]陈惠卿，造纸机用润滑油[J].中华纸业，2004，（04）38-41.
4.2 不同部位的润滑油不能相互替代
[2]水琳，造纸机械传动设备的润滑[J].石油商技，2006（2）:38-39.在前面的分析中，提到了不同部位的润滑应该采用不同性质的润滑[3]孙文阁，造纸机烘缸选用循环润滑油的实践[J].造纸化学品，2009油。

但在实际中，油品的滥用现象却是很多。

由于维护工人缺乏这方面的（01）:42-43.
认识，经常造成润滑油的滥用，造成设备润滑效果大大降低，不但使润滑油的使用寿命缩短，同时使设备的故障率大大提高。

这就需要在日常管理作者简介：
中，加强对维护工人的教育，提高其对油品认识。

郎建勋（1981-），男，河北保定人，华北电力大学能源动力与机械工程4.3 合理更换和添加润滑油
学院在职研究生，保定钞票纸业有限公司，研究方向：机电一体技术与设备。

润滑油有自己的使用寿命（表2为某公司提供的部分润滑油的使用寿
set(h ，'XData'，x ，'YData'，y)；学生充分理解布朗运动概念及其规律。

End
5 结束语
通过以上的实例我们可以看出，Matlab 在实验数据处理，尤其是在绘图方面有其独特的优越性，将其应用于物理实验教学中，可以使教学内容更加生动形象，能吸引学生更多的注意，对教学可以起到意想不到的效果。

参考文献：
[1]张志勇、徐彦琴等，Matlab 教程--基于6.x 版本[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[2]刘焕彬、库在强等，数学模型与实验，北京：科学出版社，2008.
作者简介：
图2 演示布朗运动
卢本全（1987-），男，湖北黄冈人，黄冈师范学院物理科学与技术学院通过模拟演示布朗运动，相对于老师口中说，学生脑海中想象更能使
物理学2007
级本科生。

（上接第152页）。