探讨MATLAB在大学物理实验数据处理中的作用

探讨MATLAB在大学物理实验数据处理中的作用物理实验为大学阶段一门必不可少的基础课程，而实验数据为该门课程一
个重要的内容。

在物理实验教学过程中合理应用MATLAB进行实验数据处理，对学生实验数据处理能力的提升具有重要意义。

标签：MATLAB 物理实验数据处理
MATLAB为大学教学过程中应用较为普遍的一种高性能软件，其具有独特的功能和编程特点。

在大学物理实验教学过程中，应用MATLAB实施辅助性教学对学生科学素养的培养和实验能力的提高均发挥着重要作用[1]。

将MATLAB 应用于大学物理实验数据处理中可促进学生的数据计算和处理能力的有效提升，对大学物理实验教学质量的提高具有重要意义。

一、Matlab特点及其在物理实验中的应用体现
Matlab为1984年期间MathW orks公司推出的一种计算软件，该种软件集符号运算、数值计算、数据拟合、程序语言设计、图形处理等为一体的一种功能强大的计算软件。

Matlab为现阶段应用较为普遍的一种科学计算语言之一。

与FORTRAN、C语言等相比，Matlab的特点主要表现为功能极为强大、界面更为友善、语言更为自然、开放性更强等。

目前，FORTRAN已经成为应用计算机辅助设计、分析、仿真已经教学活动中一种重要的基础软件，其作为一种具有通用性的数值仿真、科学计算、数据可视化工具得到越来越广发的应用，其在大学物理实验教学中也发挥着极为重要的作用[2]。

Matlab在应用过程中可提供极具灵活性的程序设计流程，强大的科学运算，高质量的界面设计和图形可视化设计，丰富多样的仿真集成环境等等。

目前，国外多数大学已经将Matlab应用到物理、数学、电子线路等理工科专业相关学科的教学中。

在我国的大学教学中，Matlab 还是一种新鲜事物，其应用还未能像国外那样普遍。

但是有部分高校也已经将Matlab作为本科教育中的一门必修课程。

应用Matlab对物理实验数据进行处理时，数据处理者无需掌握丰富的编程知识，只需要掌握一定的数学知识，懂得应用相关函数进行计算便可进行相关计算。

通过复制、粘帖的方式可直接将计算所得结果拷贝到其他软件中进行编辑。

在大学物理实验教学过程中应用较为普遍的Matlab函数为平均值函数mean、求和函数sun、平方根函数sqrt、求导函数、曲线拟合函数、积分函数、绘图函数、插值函数、均值函数、正态分布函数等等。

在大学物理实验数据处理中应用Matlab，学生可在较短的时间之内便可完成对相关实验数据进行处理，并快速将相关计算结果应用到相应的图像中，根据实际需要还可将数据的变化过程中进行动态模拟，进而使得物理变化规律能够生动形象地表现出来。

在实验数据处理过程中应用Matlab可促进学生数据处理效率得到大大提升，进而激发学生进行物理实验的积极性，增强其学习兴趣。

同时，应用Matlab对物理实验数据进行处理还可促进学生的计算机应用知识得到有效拓展，对学生创新意识的培养和综合能力的提升具有重要意义。

二、应用Matlab进行数据处理
应用Matlab对物理实验数据进行处理时主要利用的是Matlab用最小二乘法求线性电阻的阻值。

线性电阻测量所得数据能够满足函数y=f（x）=bx+b0，可将最小二乘法解得值直接求出，进而可直接将出线性电阻的具体阻值求出。

通过最小二乘法可将b、b0相应值求出。

最小二乘法原理为利用已经测得到的实验数据（xi、yi）将一个误差最小的最佳数学表达式求出，这个表示是为y=f（x），式中的i=1、2、…k。

通过式子y=f（x）使测量值yi和利用最佳数学表达式计算所得的y值二者之间存在的残差的平方和最小。

在根据伏安法测线性电阻所得到的数据，通过最小二乘法将b值算出，便可将线性电阻R的阻值计算出来。

例如当应用伏安法测线性电阻数据如表1时，可直接李颖Matlab的polyfit命令便可利用最小二乘法计将b值计算出来，即b=0.9547，则R为1047Ω，阻值就可以很方便地求出。

表1 伏安法测线性电阻数据
图1 伏安法测线性电阻实验曲线及拟合曲线
由图1可看出出在第六个点时，数据存在较大误差，实施数据处理处理时可将其去掉，降低测量误差。

与比手工做图相比，应用Matlab作出的拟合曲线具有更好的准确性。

三、MATLAB在大学物理实验数据处理中的具体作用
1.降低人为误差，提高工作效率
在大学物理实验教学过程中，应用MATLAB对实验所得相关数据进行处理可通过建立相应的数学模型和改变参数，将需要测量的相关数据直接输入到计算机中，这样便可将实验点作为主要根据，同时拟合实验曲线将待测物理量求出。

或者是通过人机互动的方式将待测物理量求出。

通过这样的处理，学生可更加直观、生动地观测到具体实验数据的动态变化，便于学生深入掌握数据变化规律。

同时，在计算过程中，人为误差得到大大降低，结算结果具有较高的准确性，数据处理效率也得到显著提高，学生实际应用现代教育技术的能力也得到更好地培养[3]。

例如在单色仪定标的教学过程中，以汞灯作为光源，对鼓轮读数及已知的相关波长所对应的关系进行测量，同时在坐标纸上将出单色仪定标曲线绘制出来，进而对鼓轮读数所对应的未知出射光波长进行确定。

传统手工作图方式主要是以实验所得数据作为根据，手工在在坐标纸上将单色仪的定标曲线绘制出来[4]。

该种处理方法容易受诸多人为因素影响，因此绘制结果存在较大误差。

而应用MATLAB对实验数据进行处理可直接利用相关编写程序便可实现单色仪定标曲线绘制，同时还可实现人机交互，大大提高了绘制的精确性。

由此可见，将MATLAB应用于大学物理实验数据处理中，可促进计算工作量得到有效减少，提升计算、作图的准确性。