MATLAB在機(jī)械振動(dòng)及機(jī)械波教學(xué)中的應(yīng)用

范書宇

機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波是高中物理的重要教學(xué)內(nèi)容，它們屬于兩個(gè)不同的章節(jié)，但二者之間又有著密切的聯(lián)系.例如，二者在表達(dá)式及曲線圖象方面都很類似，但它們表示的是不同的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，其運(yùn)動(dòng)成因也不相同.為了能很好地闡明機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波之間的區(qū)別與聯(lián)系，在教學(xué)過程中必須繪制各種圖象，并調(diào)動(dòng)學(xué)生的想象能力進(jìn)行抽象化思維.另一方面，由于波動(dòng)問題具有傳播方向的不確定性、時(shí)間及距離的不確定性等現(xiàn)象，波動(dòng)問題具有多解性，這增加了學(xué)生學(xué)習(xí)振動(dòng)問題與波動(dòng)問題的難度.如果能將振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象形象化地用圖形表示出來，動(dòng)態(tài)地展示振動(dòng)與波動(dòng)過程，將能極大地提高學(xué)生對(duì)該類問題的理解與掌握.

科學(xué)計(jì)算語言Matlab是由美國Mathworks公司開發(fā)的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理等的數(shù)學(xué)軟件，它具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化功能.通過Matlab軟件，可以將物理教學(xué)中復(fù)雜的問題形象化地表示出來，能使教學(xué)內(nèi)容更加形象直觀，因此更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

綜上所述，本文利用MATLAB軟件來繪制振動(dòng)曲線與波動(dòng)曲線，編寫其運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)演示程序，以便形象化地表示機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波的運(yùn)動(dòng)過程及二者間的關(guān)系.

1 用Matlab繪制動(dòng)態(tài)化振動(dòng)曲線及波動(dòng)曲線

以Matlab的繪圖語句（plot）及圖像窗口更新語句（drawnow）為主，輔以循環(huán)語句、坐標(biāo)軸標(biāo)注等功能，即可繪制動(dòng)態(tài)化的振動(dòng)曲線及波動(dòng)曲線，形象生動(dòng)地表示任一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)過程及一系列質(zhì)點(diǎn)的波動(dòng)過程.

為了使程序具有通用性，分別將動(dòng)態(tài)化繪制振動(dòng)曲線及波動(dòng)曲線的程序段編寫成子程序Vibrate及Wave.運(yùn)行時(shí)，只需輸入有關(guān)振動(dòng)或波動(dòng)的簡單信息，即可方便地調(diào)用這些子程序，并動(dòng)態(tài)地繪出多種情況下的振動(dòng)及波動(dòng)圖形.