Matlab在物理實驗中的應用

前言

　　物理實驗中對數(shù)據(jù)處理的計算復雜且要求高，往往教師望而卻步、學生望而生畏。目前，在有的教學儀器中，干脆把數(shù)據(jù)處理的計算過程編寫成“軟件”，直接由計算機完成。如DIS實驗直接顯示實驗結(jié)果；又如現(xiàn)在的密立根油滴實驗儀器附帶有計算軟件，只需輸人一組組測量數(shù)據(jù)，計算機馬上輸出電子電量的計算結(jié)果；再如夫蘭克一赫茲實驗儀器無需測點，示波器就直接顯示V-I曲線；使得物理數(shù)據(jù)處理很“簡單”，學員沒能體會到數(shù)據(jù)處理的計算過程。另外，現(xiàn)有基礎(chǔ)課程強調(diào)了計算機在辦公和課件制作方面的使用，而忽視了計算機在科研上的應用。當今計算機數(shù)學語言（如Matlab，Mathematica，Muple）具有編寫簡單、易懂、易學，能快速地進行復雜運算等優(yōu)點。在各個科學領(lǐng)域，如計算機模擬、數(shù)據(jù)符號處理、數(shù)值分析和實時控制等方面正獲得廣泛深入的應用?！　∮斜匾箤W員體驗計算機數(shù)學語言（如Matlab）在科研上的應用；有必要使學生體驗物理實驗的全過程，使他們在學習物理實驗的同時，學習計算機數(shù)學語言（如Matlab）在物理實驗中進行模擬和數(shù)據(jù)處理的應用。因此，我們在物理實驗教學中，指導學生利用計算機數(shù)學語言Matlab進行數(shù)據(jù)處理和擬合，并要求遞交電子實驗報告；設(shè)計了兩個新的計算機模擬實驗：阿爾芬波中電子的非線性行為和強激光脈沖對低密度等離子體通道中電子的共振加速，以使學生初步體會利用計算機進行科研實驗的過程?！　∵@里所選的五個物理實驗雖然都是普通常見的，但我們以實驗報告的形式在數(shù)據(jù)處理上首次進行了一些深入的探討：如光速測量中易被忽略的示波器引起的重要的誤差，附帶測透明介質(zhì)的折射率；夫蘭克～赫茲實驗中V-I伏安曲線的繪制，最小二乘法求氬原子的第一激發(fā)電位并和逐差法進行比較；普朗克常數(shù)的測定中伏安曲線上抬頭點的確定，最小二乘法的應用求斜率普朗克常數(shù)；密立根油滴實驗中提出應用最小二乘法擬合求斜率（電子電量），用Matlab計算機語言代替“軟件”，把軟件處理數(shù)據(jù)“曝光”，使讀者掌握用Matlab計算機語言快捷計算?！　≡凇癕atlab應用簡介”中，以例題形式簡單介紹Matlab的應用，讀者可對照學習和使用。在“軟件應用”中，提供了MatIab輸入公式軟件和Matlab計算機語言軟件，以方便讀者上機操作。

內(nèi)容概要

　　《Matlab在物理實驗中的應用》內(nèi)容包括Matlab在物理實驗中的應用，測量誤差和數(shù)據(jù)處理基本實用知識，Matlab在數(shù)據(jù)處理和 數(shù)值模擬中的應用，普朗克常量的測定，夫蘭克-赫茲實驗報告實驗報告，光速的測量實驗報告，密立根油滴實驗，核磁共振實驗，計算機數(shù)值模擬實驗設(shè)計I——阿爾芬波中電子非線性行為數(shù)值模擬，計算機數(shù)值模擬實驗Ⅱ——強激光脈沖對低密度等離子體通道中電子的共振加速數(shù)值模擬，Matlab例題等。

作者簡介

　　陳奮策（1954-），男，福建福州人，2001年晉升教授。1982年1月本科畢業(yè)于福建師范大學物理系，獲理學學士學位；1988年7月畢業(yè)于浙江大學（原杭州大學）物理系，高能物理唯像分析方向，1988年9月獲理學碩士學位；2006年9月畢業(yè)于浙江大學物理系，2007年3月獲理學博士學位，等離子體物理方向?！　∠抵袊嗣裾螀f(xié)商會議第九屆、第十屆福建省委員會委員；福建教育學院數(shù)理系教研室主任，物理實驗室主任?！　‖F(xiàn)主持福建省自然科學基金項目（T0750002）“多束強激光與等離子體的相互作用”。主持完成福建省自然科學基金項目（A96025）“高能強子碰撞多重產(chǎn)生的夸克一膠子等離子體模型描述”，主持完成福建省教育廳科技項目（JA00238）“核結(jié)構(gòu)研究及其應用”。在國內(nèi)外SCI級、國家級、省級學術(shù)刊物上發(fā)表有關(guān)科研文章20多篇?！　～@發(fā)明專利一項，獲實用新型專利兩項?！　Ｖ痘A(chǔ)物理學中的科學方法》獲1998年福建省優(yōu)秀著作出版基金資助?！　≡趪壹?、省級學術(shù)刊物上發(fā)表教學研究文章30多篇?！　?999年獲曾憲梓教育基金授予的高等師范院校優(yōu)秀教師三等獎?！　《嗄険胃＝ㄊ∥锢韸W林匹克競賽教練。

書籍目錄

前言第1章 Matlab在物理實驗中的應用的教學指導一、目的和要求二、內(nèi)容選取和學時分配三、實驗內(nèi)容四、教材五、預習第2章 物理實驗須知一、物理實驗課的目的、內(nèi)容和任務(wù)二、學習方法三、實驗課的進行程序四、實驗室安全知識五、測量誤差和數(shù)據(jù)處理補充知識第3章 Matlab在數(shù)據(jù)處理和數(shù)值模擬中的應用一、最dxZ-乘法曲線擬合二、Matlab程序的應用三、Matlab在計算機數(shù)值模擬中的應用第4章 物理實驗一、普朗克常量的測定二、夫蘭克一赫茲實驗三、光速的測量四、密立根油滴實驗五、核磁共振實驗六、計算機數(shù)值模擬實驗設(shè)計Ⅰ——阿爾芬波中電子非線性行為數(shù)值模擬七、計算機數(shù)值模擬實驗Ⅱ——強激光脈沖對低密度等離子體通道中電子的共振加速數(shù)值模擬第5章 Matlab例題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　Matlab在物理實驗中的應用的教學指導　　一、目的和要求　　物理實驗是高等師范院校物理專業(yè)的必修課程。通過本課程的學習，使學員掌握一些較先進、較具綜合性和基本的實驗方法及技能，配合理論課程的學習加深對有關(guān)的物理概念和規(guī)律的理解，擴大知識面，初步培養(yǎng)獨立進行科學實驗工作的能力，以適應現(xiàn)代化和新課改的需要。具體要求是：　?。?）初步掌握物理某些主要領(lǐng)域的一些實驗方法和技能。包括正確地使用比較精密、比較復雜的實驗儀器；綜合運用力、熱、電、光及無線電電子學實驗方法；掌握精度較高的測量技能等?！　。?）通過做一些綜合性和專業(yè)性的實驗，學習觀察、研究有關(guān)的物理過程，提高用實驗方法研究物理規(guī)律的能力和加深對物理現(xiàn)象及其規(guī)律的理解?！　。?）逐步提高學員從事科學實驗工作的能力，包括（上互聯(lián)網(wǎng)）閱讀和下載參考資料、擬訂實驗步驟、選用基本儀器、準確進行測量、分析實驗結(jié)果（實驗誤差和數(shù)據(jù)處理）等方面的能力。使他們能得心應手地從事物理實驗教學?！　。?）掌握寫電子實驗報告，了解、熟悉計算機數(shù)學語言Matlab在數(shù)值模擬實驗和數(shù)據(jù)處理中的應用?！　。?）嚴格要求學員切實養(yǎng)成嚴肅、認真的科學實驗態(tài)度和實事求是的工作作風。

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