matlab在物理学中的应用

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1、Matlab在基础物理学中的应用（内部讲义）贾砚宾管靖编北京师范大学物理系2004．101Matlab在基础物理学中的应用这是选读内容，由教师组织学习当然更好，同学自学也是可以的.老师不一定是专家，韩愈说过：“师不必贤于弟子，弟子未必不如师.”“玩”计算机，正是年轻人的特长.在这里，你有在大学一年级就超越老师的机会.计算机是“玩”会的，你拿出玩电子游戏的热情与专注，很快就会成功.Matlab在科研和工程设计中被广泛使用，它几乎可以做你想做的所有事，学会了你可以终生受益，这比玩电子游戏有价值得多.现在，我们就可以借助它学习物理学.你不要学了再做，要在

2、做中去学.装上软件，边看书边实践.先按书输入程序，让它能运行.再模仿它，做一点点修改……发挥你的创造性，做你想做的事……这里只是入门，入门后有很多书可看.遇到问题，最快捷的方法是向别人请教.Matlab有很好的帮助系统（§7之3），但它是英文界面，开始看不懂是有情可原的.Matlab是“MatrixLaboratory”的缩写，是一种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件包.由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不象学习其它高级语言那样难于掌握.实践证明，学习者可在短短几个小时的学习和使用中就能初步掌

3、握Matlab的基础知识，从而使学习者能够进行高效率和富有创造性的计算.Matlab对于学习者的编程语言基础要求不高，库函数和编程语句丰富多样且简单易学，在数据可视化上也有独特的优势.学习者不需要投入太多的时间在学习编程语言知识上，可以直接利用软件提供的丰富的函数，编写较简单的程序即可解决许多普通物理学的问题.下面将结合实例，简要介绍Matlab的基础知识和在普2通物理学中的应用.注意：带*的内容开始不必看，使用时再查阅.§1Matlab使用介绍在Windows窗口中用鼠标双击Matlab图标即可进入Matlab的工作窗口（CommandWindo

4、w），如图1所示.没有图标可利用Matlabbin目录下的Matlab.exe文件在桌面上建立一个快捷方式.退出Matlab的方法有三种：单击工作窗口右上角的关闭按钮；用菜单FileÆExitMatlab命令；或者直接在工作窗口中输入quit后回车.工作窗口是标准的Windows窗口形式，用户在命令窗口中输入各种指令，进行运算；在左侧的变量窗口中监控当前所创立的所有变量.当前工作路径命令窗口变量窗口图1Matlab工作窗口CurrentDirectory是系统的当前工作路径，Matlab对函数或文件等进行搜索，用户每次文件的创建、保存都在这个路径

5、下进行.初次启动Matlab时系统的默认工作路径是Matlab目录下的Work子目录，如果要改变当前的工作路径，3可以单击如图2所示的路径栏右侧的，在弹出的路径选择对话框内选择想要设置的路径.图2工作路径栏和选择工作路径对话框§2Matlab能做什么本节先给出使用Matlab辅助普通物理学学习的几个简单的例子，意在引导读者对Matlab的功能特点及语句编程有一个概括的了解.（1）绘制简谐振动的振动曲线简谐振动的运动学方程是x=Asin(ωt+ϕ)，可以根据这个方程利用Matlab的绘图语句画出质点简谐振动的位移曲线.在命令窗口中输入：（lt21.m

6、）a=1;omiga=1;%为变量赋值t=0:0.05*pi:4*pi;%为变量赋值phi=0.1*pi;%为变量赋值x=a*sin(omiga*t+phi);%建立表达式并运算plot(t,x)%以t为横坐标，x为纵坐标绘图运行结果如图3左图所示.4图3简谐运动的位移曲线在这个例子中，a是振幅A，omiga是圆频率ω，phi是初相位ϕ，t是自变量，开始为这些参量以及自变量赋值.可以看出，Matlab不像其他编程语言那样必须进行变量的预定义，创建变量和为变量赋值是同时完成的.另外，对时间t的赋值是一组数据，即从0到4π每隔0.05π取一个值，形成一

7、个数组：t=[00.15710.3142…12.252212.409312.5664]（数组中的数用空格或逗号分开），总共有81个元素.语句中的pi是Matlab默认的常数π.x=a*sin(omiga*t+phi)是建立表达式并运算，sin（）函数是Matlab的内置函数，直接调用即可，由此得出对应每一个t值的质点的位移x，x是一个与t所含元素个数相同的数组.最后的plot(t,x)是二维绘图语句，表示以t为横坐标，x为纵坐标绘图，得出的就是正弦曲线.如果对各个参量取不同的值，得出的曲线形状也就不一样.图3右图是选择不同参量时的曲线对比情况.对于

8、数组t的赋值，一般格式为t=t0:tstep:tend.t0为数组中第一个元素的值，tend为最后一个元素的值，tstep