Matlab动画及其在物理中的应用

实验报告实验课程名称计算物理
实验项目名称Matlab动画及其在物理中的应用
年级 09级
专业物理学
学生姓名
学号
理学院
实验时间：2012 年 4 月 4 日
学生实验室守则
一、按教学安排准时到实验室上实验课，不得迟到、早退和旷课。

二、进入实验室必须遵守实验室的各项规章制度，保持室内安静、整洁，不准在室内打闹、喧哗、吸烟、吃食物、随地吐痰、乱扔杂物，不准做与实验内容无关的事，非实验用品一律不准带进实验室。

三、实验前必须做好预习（或按要求写好预习报告），未做预习者不准参加实验。

四、实验必须服从教师的安排和指导，认真按规程操作，未经教师允许不得擅自动用仪器设备，特别是与本实验无关的仪器设备和设施，如擅自动用或违反操作规程造成损坏，应按规定赔偿，严重者给予纪律处分。

五、实验中要节约水、电、气及其它消耗材料。

六、细心观察、如实记录实验现象和结果，不得抄袭或随意更改原始记录和数据，不得擅离操作岗位和干扰他人实验。

七、使用易燃、易爆、腐蚀性、有毒有害物品或接触带电设备进行实验，应特别注意规范操作，注意防护；若发生意外，要保持冷静，并及时向指导教师和管理人员报告，不得自行处理。

仪器设备发生故障和损坏，应立即停止实验，并主动向指导教师报告，不得自行拆卸查看和拼装。

八、实验完毕，应清理好实验仪器设备并放回原位，清扫好实验现场，经指导教师检查认可并将实验记录交指导教师检查签字后方可离去。

九、无故不参加实验者，应写出检查，提出申请并缴纳相应的实验费及材料消耗费，经批准后，方可补做。

十、自选实验，应事先预约，拟订出实验方案，经实验室主任同意后，在指导教师或实验技术人员的指导下进行。

十一、实验室内一切物品未经允许严禁带出室外，确需带出，必须经过批准并办理手续。

学生所在学院理学院专业：物理学班级：物理091 姓名学号实验组
实验时间2012.4.4 指导教师成绩
实验项目名称Matlab动画及其在物理中的应用
实验目的及要求：
掌握慧星轨迹图、影片动画、实时动画的制作。

实验原理：
1.转动图像
Rotate(H,[theta,phi],alpha)
Rotate(H,[x,y,z],alpha)
Rotate(…,origin)
H 图形对象的句柄
Theta,phi以度为单位的球坐标中的方位角和极角，表示转轴的方向
Alpha从原来位置绕转轴转动的角度,正值是按右手螺旋法则计算
Origin 用[x0,y0,z0]作为直角坐标的原点
2.慧星状轨迹图
指令调用格式:comet(x,y,p) (二维)
comet3(x,y,z,p)(三维)
其中，p是决定慧星长度的参量，默认值是0.1
3.电影模式：
预先将图形制作好，放到图形缓存区，然后一帧一帧地播放Moviein(n)
创建具有n列的矩阵
Getframe
保存制作好的图像
主要放映函数：
Movie(m)
储存在m 矩阵中电影动画 Movie(m,n)
放映m 矩阵中的电影动画n 遍. N=[10 4 4 2 1] Movie(m,n,fps)
放映矩阵中的电影动画n 遍,fps 表示每秒放映几帧.
实验硬件及软件平台：
计算机，MATLAB ７
实验内容： 1、绘制三维曲线
其中x=sin(t)，y=cos(t)，z=t.*sin(t).*cos(t) 2、单摆动画
000112211022220,,/().cos[()]()cos[()]
r
v
r A A r z w t r x a y r v
A r r z w t r v ϕϕ==
-=-+=-3.两水波波源的位置分别在(a,0)和(-a,0),向四周发射球面波,
在本例中设a=4.波动表达式为z=Acos[w(t-)+].为了描述方便,令两波源
振动的初位相波在水中无衰减因此波线上各点的振动振幅为A=A 为振源的振幅这样相应的两水波的波动表达式分别为其中
22
00212121(),.cos[()]cos[()],x a y x y A A r r
z z z w t w t r v r v
z =++=+=
-+-为水面的平面坐标两水波的干涉为两波在各点振动的叠加.其方程为
计算不同时刻水面上各点的值并依其大小用不同的灰度反映出来,这就是水波的干涉图,这个任务用surf 函数完成.要实现动态演示必须通过改变时间t,得到不同时间的干涉图像,存放在纪录电影动画的矩阵中,最后把它们依次播放出来.下图是0.,0.3m
=某瞬间的干涉图像在描述这个图像时假设水波在介质中的传播速度v=1m/s,波源的角频率w=4rad/s,振幅为A
实验步骤：
1、绘制三维曲线
•t=0:pi/1000:20*pi;
•x=sin(t);
•y=cos(t);
•z=t.*sin(t).*cos(t);
•comet3(x,y,z);
•
•2、单摆动画
•%制作动画
•l=input('摆长l(1m)=');
•theta0=input('起始摆角theta0(pi/4)=');
•%挂摆横梁
•plot([-0.2;0.2],[0;0],'color','y','linestyle','-',... •'linewidth',10);
•%画初始位置的单摆
•g=0.98; %重力加速度,可以调节摆的摆速•
•x0=l*sin(theta0);
•y0=(-1)*l*cos(theta0);
•axis([-0.75,0.75,-1.25,0]);
•axis('off'); %不显示坐标轴
•%创建摆锤
•head=line(x0,y0,'color','r','linestyle','.',...
•'erasemode','xor','markersize',40);
•%创建摆杆
•body=line([0;x0],[0;y0],'color','b','linestyle','-',...
•'erasemode','xor');
•%摆的运动
•t=0;
•dt=0.05;
•while 1
•t=t+dt;
•theta=theta0.*cos(sqrt(g./l).*t);
•x=l.*sin(theta);
•y=(-1)*l.*cos(theta);
•set(head,'xdata',x,'ydata',y);
•set(body,'xdata',[0;x],'ydata',[0;y]);
•title(['t=',num2str(t)])
•drawnow;
•end
3.两水波波源的位置分别在(a,0)和(-a,0),向四周发射球面波,
•%水波干涉的动画演示
•a=4;w=4;A0=0.3;v=1; %水波源的位置及方程各参量
•[x,y]=meshgrid([-4*pi:pi/20:4*pi],[-4*pi:pi/20:4*pi]); %产生网格坐标
•r1=sqrt((x-a).^2+y.^2)+5; %空间点（x，y）到波源1(a ，0)的距离•c1=A0./r1; %波源1传播到各点的振幅
•r2=sqrt((x+a).^2+y.^2)+5; %空间点（x，y）到波源2(-a ，0)的距离•c2=A0./r2; %波源2传播到各点的振幅
•t=0:0.1:10; %设定运行时间
•for j=1:41 %此循环产生动画
•z=c1.*cos(w*(t(j)-r1/v))+c2.*cos(w*(t(j)-r2/v)); %波动叠加
•surf(x,y,z); %绘制波动叠加曲面
•colormap(gray); %创建线性灰阶色图给图形表面着色•axis equal; %使每个坐标轴的刻度增量相同
•shading interp; %用细致添加描影法渲染图形
•view([180 90]); %在方位角180度，仰角90度观察图形
•axis([-15 15 -15 15 -0.1 0.1]) %设定x、y、z轴的范围
•axis off %去掉坐标轴
•m(j)=getframe; %保存绘制好的图形到变量数组m(j)
•end
•movie(m,10) %放映储存在m矩阵中电影动画10遍
实验结果与讨论：
通过这次试验让我了解了Matlab动画及其在物理中的应用。

指导教师意见：
签名：年月日。