matlab可视化在大学物理演示实验中的应用

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1、Matlab可视化在大学物理演示实验中的应用　　摘要利用Matlab的GUI功能在可视化图形处理和科学计算方面的能力，我们设计了物理实验的牛顿环的光学仿真模拟，从模拟效果来看，实验仿真非常生动，同时也可以进行模拟测量，达到了预想的效果。　　关键词Matlab可视化光学仿真牛顿环　　中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.07.022　　AbstractUsingtheGUIfunctionofMATLABinvisualprocessingandscientificcomputinga

2、bility，wedesignedphysicsexperimentofNewton'sringopticalsimulationsimulation，fromthepointofviewofsimulationresultsandexperimentalsimulationveryvivid.Atthesametime，itcansimulatemeasurement，toachievethedesiredeffect.　　KeywordsMatlab；visualization；opticalsimulation；Newton'srin

3、g　　Matlab是MatrixLaboratory（矩阵实验室）的简称，是美国MathWorks公司出版的商业数学软件，不仅具有数据分析、科学计算和图像处理等功能，还具有交互式图形用户界面等功能，Matlab语法简单方便，数值计算高效，图形功能完备，所以matlab在物理现象演示、作图、数据处理优化和模拟仿真方面应用非常广泛。①5　　本文基于MatlabGUI②设计，通过牛顿环、声速测量、迈克尔逊干涉仪的模拟和具体实例分析，从而了解Matlab可视化在大学物理中的演示应用，及数据处理过程。③通过数字化模拟演示，生成动态图像，完成数据测量及

4、数据处理分析，并扩展了实验的观察项目，达到明晰原理，提高观察效果，分析误差成因等更好的教学效果。鉴于物理设备和光学实验的操作规范性强等原因，实物操作实验存在原理清晰度不够、观察吃力、测量误差大等不足。而Matlab可视化演示能在实物实验的基础上提供更加理论的补充，能在设备不变操作时辅助课堂教学，能在对比实验中寻求误差原因等等，从而促进大学物理的教学。目前我们已近积累了相关演示项目近30余项，也为目前全国推进的慕课和微课作好了资源储备。下面是我们可视化的两个具体项目。　　1牛顿环Matlab可视化演示项目　　1.1牛顿环干涉原理　　牛顿环是通

5、过可见光的等厚干涉而得到的一系列同心圆环，通过测量干涉圆环的直径，我们可以间接测量半凸透镜的曲率半径。牛顿环实验光路图如图1所示。　　我们在实际测量过程中，为了提高测量精度，都是测量圆环的直径。通过测量级和级暗环的直径，得到半凸透镜的曲率半径为⑤　　1.2牛顿环的Matlab模拟　　牛顿环干涉的光强分布为⑥　　可由（1）式可得到：5　　我们利用Matlab计算牛顿环的光强分布，应用GUI的图形化处理功能和交互式用户界面，得到如图2的牛顿环演示实验界面，界面的左边为实验原理装置部分，右边为干涉图像。测量控件的光强回调函数如下：　　lamda=

6、str2double（get（handles.lamda，'string'））；　　R=str2double（get（handles.R，'string'））；　　d=str2double（get（handles.d，'string'））；　　lamda=get（hObject，'Value'）；　　set（handles.lamda，'String'，num2str（lamda））；　　lamda=lamda*1e-7；　　d=d*1e-7；　　lamda1=lamda*1e9；　　set（handles.text2，'string'，l

7、amda1）；　　[x，y]=meshgrid（linspace（-0.006，0.006，600））；　　r2=（x.^2+y.^2）；　　di=2.*（d-（R-sqrt（R^2-r2）））-lamda/2；%光程差　　I=（cos（di.*pi/lamda））.^2；%光强分布　　axes（handles.axes2）；　　imshow（I）；　　在交互式部分，我们可以通过滑条改变入射光的波长，半凸透镜的半径，以及半凸透镜与平板玻璃底部的距离，观察干涉条纹的变化，从而了解影响干涉条纹的要素。同时我们还设计了与实际测量相仿的测量方式，通

8、过十字标线读取圆环的位置坐标，从而到达测量圆环直径的效果。　　2声速测量的Matlab模拟演示项目5　　我们还设计了如图3所示的声速测量模拟演示实验，通过输入超声波频率和调节滑条