论文-matlab在物理学中的应用

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1、学号:本科学年论文学院专业年级姓名论文题目指导教师职称成绩摘要1Abstract11弓I胃12MATLAB功能介绍23MATLAB在光学中的应用23.1单缝衍射及弗朗和费衍射24MATLAB在电磁学中的应用34.1用MATLAB描绘电场线35MATLAB在热物理学中的应用35.1MATLAB在麦克斯韦速率分布中的应用36结束语4MATLAB在物理学中的应用摘要：用MATLAB分析物理学，能使复杂的问题大大简化，对阐述相关原理能起到很大的作用。本文阐述了基于MATLAB的数值计算、可视化图形处理、开放式以及可扩充体系结构的特点，并介绍了高性能语言MATLAB在大学物理学

2、中的一些应用，包括在热物理学，量子力学、电磁学以及光学中的应用。关键词：MATLAB；热物理学；电磁学；光学ApplicationofMATLABinPhysicsAbstract：AnalysisofphysicswithMATLABcanmakethecomplexproblemgreatlysimplified,whichprincipleplayanimportantpartinphysics.ThispaperisbasedontheMATLABnumericalcalculation,visualizationgraphicsprocessing，whic

3、hopenandextensiblearchitecture，andintroducessomeapplicationofhighperformanceMATLABlanguageinuniversityphysics,whichincludingthethermalphysics,quantummechanics，electromagnetismandoptics.Keywords：MATLAB;thermalphysics;electromagnetism;optical1引言在物理实验中，实验数据的处理方法至关重要，而数据处理手段制约着处理方法的应用。在手工处理

4、数据的条件下，通常只能使用列表法、作图法、逐差法等，不仅效率低，容易引入4惯误差，且主要只对线性关系冇效；运用计算机高级语言编程或Excel等软件工具，可以分析非线性问题，但由于编程复杂或操作不便等原因，难于在教学中推广；MATLAB提供了大量的科学计算函数，用来处理曲线拟合、数据插值、傅里叶变换等问题非常便捷［1］。下面我们从一些典型的实例出发，介绍MATLAB在物理学方面的具体应用。2MATLAB功能介绍MATLAB是美国MATHWORKS公司开发的一套高性能的数值计算和可视化软件。它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，其应用范围涵盖了当今儿乎所有的工业应用与

5、科学研宄领域，集数值分析、矩阵运算、信号处理和阁形显示于一体［2］。其丰富的库函数和各种专用工具箱，将使用者从繁琐的底层编程屮解放出來。此外MATLAB更强大的功能还表现在艽有大量的工具箱(Toolbox)，如：控制系统、数值模拟、信号处理及偏微分方程等工具箱。因此MATLAB已成为大学教育和科学研究中必不可少的工具。MATLAB具有丰富的计算功能和科学计算数据的可视化能力，特别是应用偏微分方程工具箱在大学物理电磁学等各类物理场的数值仿真屮具有无比的优势w。MATLAB提供了一个功能强大使用灵活的二维奋限元偏微分方程求解环境，其图形用户界面更是使用十分方便、直观一般来

6、说，MATLAB毡括3个步骤：(1)定义一个PDE问题，它包括确定二维求解区域、边界条件和PDE系数。MATLAB能够求解的PDE型式有：椭圆型、抛物线型、双曲线型、特征值型。当使用GUI时，可以在画图模式下确定求解区域；在边界模式下选择方程形式和设置方程系数。(2)数值求解，它包括剖分、离散方程和得到一个数值解。在⑶T中，在剖分模式下形成满意的网格；在求解模式下通过选择数值计算方法求解。(3)图形化显示结果。通常用于表现有限元计算结果的图形有：变形网格图、云图、等值线图、矢量图、网格图、表而图、流线图等。3MATLAB功能介绍3.1单缝衍射及夫琅和费衍射衍射问题是光

7、学中最闲难的课题之一，严格的衍射理论是比较复杂的，不过，大多数实际问题都可以用近似方法来处理。对于单缝衍射,相关教科书都给出了远场条件下夫琅和费衍射光强分布的数学描述,而耍模拟夫琅和费衍射的形成条件，则必须从更一般情况来分析问题。将宽度为a的缝光源视作n个等间隔的点光源组成，接收屏上某点P的光强即为这n个点光源相干叠加的结果。设各点光源在p点光强相同，只是相位不同，则根据惠更斯-菲涅耳原理［5］，屏上p点的归一化光强可表示为：;p={Z2cos^r(L/-z)+Z2sin^r(L/-z)}/n2/=1*i=l乂式中Li为第i个点光源到p点的光程，z为