MATLAB GUI界面在高中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

裴文娟 王順天

【摘 要】新課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生是主體，要充分發(fā)揮學(xué)生的自主性和主體性，這就要求學(xué)生主動(dòng)學(xué)、主動(dòng)做、主動(dòng)思考與檢查。針對(duì)這一目標(biāo)，本文以高中課本中“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律”為例，利用MATLAB GUI界面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算處理，使學(xué)生做到自學(xué)、自做、自驗(yàn)，進(jìn)而提高課堂學(xué)習(xí)效率、增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終達(dá)到有效培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力的目的。

【關(guān)鍵詞】MATLAB GUI；高中；物理實(shí)驗(yàn)

高中物理實(shí)驗(yàn)課程是一門實(shí)踐性課程，在實(shí)驗(yàn)過程中，不僅可以培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，而且學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中既動(dòng)手又動(dòng)腦，可使學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解更加深刻，對(duì)物理產(chǎn)生更加濃厚的興趣。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們可以將MATLAB GUI界面應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提高實(shí)驗(yàn)課效率。

1.實(shí)驗(yàn)

文章以人教版必修1第二章中“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)為例。實(shí)驗(yàn)所用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50 Hz。實(shí)驗(yàn)開始先接通電源，再釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列點(diǎn)。通過改變砝碼的質(zhì)量，重復(fù)進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)。從紙帶上選取一定的長(zhǎng)度，與這一長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為已知。選取計(jì)時(shí)點(diǎn)時(shí)，要舍去小車開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的密集點(diǎn)，從便于測(cè)量的點(diǎn)開始作為第一個(gè)點(diǎn)，標(biāo)為“0”。計(jì)算選取學(xué)生做實(shí)驗(yàn)得出的三條實(shí)驗(yàn)紙帶，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以三個(gè)點(diǎn)為計(jì)數(shù)單位，其時(shí)間為△t=0.04s，用刻度尺測(cè)量三點(diǎn)之間的長(zhǎng)度△x（如表1）。這樣就能求得這一段時(shí)間內(nèi)的平均速度v?！鱰很小，可認(rèn)為v是這段時(shí)間內(nèi)任一點(diǎn)的瞬時(shí)速度。計(jì)算各段計(jì)時(shí)單位內(nèi)的平均速度v1，v2，……作為不同時(shí)刻的瞬時(shí)速度，以瞬時(shí)速度v為縱軸，時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系。在坐標(biāo)系中描繪出v-t圖象，找出這些點(diǎn)的分布規(guī)律。

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，在學(xué)生動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)后，老師應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)給出有效的評(píng)價(jià)，而利用MATLAB GUI界面交互性，可以實(shí)現(xiàn)這一目的。

2.MATLAB GUI界面及數(shù)據(jù)處理

探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律的MATLAB GUI界面主要分為三個(gè)板塊：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示（左上角）、實(shí)驗(yàn)圖像結(jié)果顯示（左下角）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入和功能實(shí)現(xiàn)（右邊）。實(shí)驗(yàn)過程中通過計(jì)算機(jī)將此軟件與實(shí)驗(yàn)器鏈接，計(jì)算機(jī)將在固定的時(shí)間間隔內(nèi)自動(dòng)記錄一次小車的運(yùn)動(dòng)位移，并將時(shí)間與位移記錄并錄入輸入變量一欄中。點(diǎn)擊相應(yīng)的功能鍵，就可以計(jì)算與繪制出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及圖像。且實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，可以改變測(cè)量時(shí)間間隔。一般打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的時(shí)間為0.02s，所以每隔0.02s就能打出一個(gè)點(diǎn)，但根據(jù)具體情況可以通過改變計(jì)數(shù)點(diǎn)個(gè)數(shù)來改變時(shí)間。計(jì)算時(shí)以3個(gè)點(diǎn)為計(jì)數(shù)單位，所以點(diǎn)擊計(jì)算功能鍵，顯示出的時(shí)間間隔為0.04s，這和我們理論知識(shí)所講的完全對(duì)應(yīng)。繪圖功能鍵是計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出的v-t圖象，再利用MATLAB GUI界面計(jì)算和繪圖結(jié)果，可很快對(duì)比出學(xué)生在對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量、記錄、處理等方面暴露的問題，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

計(jì)算機(jī)根據(jù)我們?cè)谳斎胱兞窟@一欄中輸入打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)間及以三個(gè)點(diǎn)為計(jì)數(shù)單位的條件，每經(jīng)過0.04s將會(huì)自動(dòng)記錄一次紙帶（小車）前進(jìn)位移Δx，并且在Δx顯示欄顯示。注意：如果Δx只有一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，顯示或輸入形式為“[1 2 3 4 5 6]”，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間用空格隔開。如果多次試驗(yàn)，Δx是兩組或兩組以上數(shù)據(jù)，顯示或輸入形式為“[1 2 3 4 5 6；5 5 5 5 5 5；9 8 7 6 5 4]”，同樣數(shù)據(jù)間用空格隔開，每組數(shù)據(jù)之間用分號(hào)隔開。此界面操作便捷、計(jì)算快、實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀，讓學(xué)生自己對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。教師在教學(xué)過程中可利用此軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行講解分析，可在短時(shí)間內(nèi)對(duì)多組學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，分析得出實(shí)驗(yàn)誤差及造成誤差的原因，提高了課堂效率。

3.展望

文章以“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)為例展示了MATLAB GUI界面處理高中物理實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)便與直觀。在課堂上，學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，利用MATLAB GUI界面檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的合理性與正確性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在今后的教學(xué)過程中，我會(huì)將所有高中物理實(shí)驗(yàn)以MATLAB GUI界面展示，提高課堂效率、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

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【作者簡(jiǎn)介】

裴文娟（1988.8-），女，漢，甘肅會(huì)寧縣，學(xué)士（本科），中學(xué)初級(jí)教師，研究方向：高中物理。