MATLAB在机械振动及机械波教学中的应用

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  机械振动与机械波是高中物理的重要教学内容,它们属于两个不同的章节,但二者之间又有着密切的联系.例如,二者在表达式及曲线图象方面都很类似,但它们表示的是不同的运动现象,其运动成因也不相同.为了能很好地阐明机械振动与机械波之间的区别与联系,在教学过程中必须绘制各种图象,并调动学生的想象能力进行抽象化思维.另一方面,由于波动问题具有传播方向的不确定性、时间及距离的不确定性等现象,波动问题具有多解性,这增加了学生学习振动问题与波动问题的难度.如果能将振动图象与波动图象形象化地用图形表示出来,动态地展示振动与波动过程,将能极大地提高学生对该类问题的理解与掌握.
  科学计算语言Matlab是由美国Mathworks公司开发的用于数值计算和图形处理等的数学软件,它具有强大的数据可视化功能.通过Matlab软件,可以将物理教学中复杂的问题形象化地表示出来,能使教学内容更加形象直观,因此更能提高学生的学习兴趣,有助于培养学生的创新能力.
  综上所述,本文利用MATLAB软件来绘制振动曲线与波动曲线,编写其运动过程的动态演示程序,以便形象化地表示机械振动与机械波的运动过程及二者间的关系.
  1 用Matlab绘制动态化振动曲线及波动曲线
  以Matlab的绘图语句(plot)及图像窗口更新语句(drawnow)为主,辅以循环语句、坐标轴标注等功能,即可绘制动态化的振动曲线及波动曲线,形象生动地表示任一质点的振动过程及一系列质点的波动过程.
  为了使程序具有通用性,分别将动态化绘制振动曲线及波动曲线的程序段编写成子程序Vibrate及Wave.运行时,只需输入有关振动或波动的简单信息,即可方便地调用这些子程序,并动态地绘出多种情况下的振动及波动图形.
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