基于matlab的物理实验系统设计与实现

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1、基于Matlab的物理实验系统设计与实现摘要：以Matlab为主要开发技术，在Authorware平台下统筹Flash和Matlab软件，根据新课程标准要求设计了中学物理实验室系统。该系统能帮助学生理解和掌握抽象的物理概念，激发学习兴趣，提高教学效率与教学质量。关键词：Matlab；Flash；Authorware；物理实验教学DOIDOI：10.11907/rjdk.151135中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800（2015）006009703基金项目基金项目：宁夏教育厅大学生创业计划项目（

2、12CHY01）作者简介作者简介：纪婷婷（1990―），女，河南濮阳人，宁夏大学教育学院硕士研究生，研究方向为数字媒体应用；王芙蓉（1989―），女，甘肃陇南人，宁夏大学教育学院硕士研究生，研究方向为数字媒体应用；汤全武（1965―），男，宁夏银川人，宁夏大学物理电气信息学院副教授、硕士生导师，研究方向为教育资源开发与应用、数字媒体应用。0引言9Matlab在图形虚拟和数据处理方面有着独特的优势，能有效帮助学生理解和学习物理规律[1]。Matlab在大学物理中应用广泛，近些年，在中学物理教学中也进行了探索和实践。朱云、

3、孟宪松[2]利用Matlab处理实验数据，在用伏安法测定电源电动势和内阻的关系中，记录电压表和电流的示数，通过使用Matlab绘图得出电压和电流的图线，动态演示物体平抛与斜抛运动的图线等。周小奋[3]用实例介绍了Matlab在电场作图和求解极值问题中的应用，利用Matlab画出共线点电荷系统的电场线分布以及两个正点电荷周围的电场线分布。魏义永[4]在课堂上举例阐述应用Matlab编程模拟光的双缝干涉、单缝衍射和光栅衍射的实验现象，提高学生学习光学的兴趣，教学效果明显。朱国强[5]在课堂教学中使用Matlab动态演示异号

4、电荷等势面和电场线的形状。Matlab帮助学生理解物理现象作用是明显的。但是使用Matlab制作物理课例需要耗费很多时间，由于很多一线教师的时间和精力有限，他们并不能系统地学习和使用Matlab。因此，制作出基于Matlab的中学物理实验室系统很有必要。1系统总体设计1.1系统功能结构9中学物理实验室系统主要由产品介绍、初中物理实验室、高中物理实验室、练习题库和趣味模块5个部分组成。其中，初中物理实验室和高中物理实验室结合中学物理教学实际需求，实验内容涵盖教材各章节和知识点，是教材的同步实验室，并且结果表现形式丰富。同

5、时，初中物理实验室和高中物理实验室提供基于Matlab设计的学生用计算器。练习题库由高中数学题库和初中数学题库两部分组成，均按教材分类，包括章节的检测题、综合检测题、升学考试题、中期模拟卷、期末模拟卷等。趣味模块提供有益智开发大脑的小游戏，让学生在学习过程中劳逸结合，减少枯燥感。系统功能结构如图1所示。1.2系统技术路线①开发平台为MatlabR2008a、Flash、Authorware、MicrosoftWindows7；②开发语言为Matlab；③使用Authorware作为第三方软件平台统筹Matlab和Fla

6、sh，使之形成一个系统。采用流行的B/S体系架构；④使用Photoshop以及Flash进行页面优化；⑤考虑系统的针对性、易用性。系统技术路线如图2所示。1.3系统运行环境系统操作环境：MicrosoftWindowsXP、MicrosoftWindows7、MicrosoftWindows8。Matlab软件版本包括MatlabR2008a、MatlabR2008b、MatlabR2009a、MatlabR2009b等，后续升级软件可直接运行中学物理实验室系统的exe程序；如果操作系统为Windows32位系统，则版

7、本为MCR_R2012a_win32；如果操作系统为Windows64位系统，则版本为MCR_R2012a_win64；如果电脑中未安装Flash软件和Authorware软件，则需要进行安装。92系统设计与实现2.1系统设计思路由于本系统是通过Matlab软件、Flash软件开发，再通过Authorware兼容平台统筹Matlab和Flash，使之形成一个系统的应用软件。因此，首先使用Matlab语言及其携带的GUI工具，建立良好的人机交互界面，完成部分物理实验室设计，包括初中物理和高中物理模块实现；其次将经过调试的

8、物理实验室利用Matlab自带的Compiler工具，转换为可独立运行的.exe文件，并对转化的.exe文件进行调试；然后使用Flash软件完成部分物理实验的设计、开发和实现；最后使用Authorware平台统筹整体界面设计、开发和实现，具体包括产品介绍、初中物理、高中物理、练习题库和趣味模块。设计路线框架如图3所示。2.2系统仿