張娟 論文 初稿計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的研究 定稿 - 副本

1、玉林師范學(xué)院本科畢業(yè)生論文玉林師范學(xué)院本科學(xué)士學(xué)位論文計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的研究Computer Aided Middle school physics teaching 姓名：張娟 專業(yè)：應(yīng)用物理 學(xué)號：201005416107 學(xué)生班級：應(yīng)用物理2010班 院系：物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué) 指導(dǎo)老師單位：物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)老師姓名：羅志榮 完成日期：2014年5月 目錄ABSTRACT3第一章 緒論41.1信息時代的中學(xué)物理教學(xué)41.2計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的發(fā)展51.3計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的目的和意義5第二章 計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的特點及優(yōu)勢72.1計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的特點

2、72.2計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的優(yōu)勢9第三章 計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的實例123.1處理實驗數(shù)據(jù)并繪制圖線123.2運動過程中的動態(tài)模擬143.3微觀現(xiàn)象的動態(tài)模擬24第四章 結(jié)束語29參考文獻(xiàn)30致謝31中文摘要計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)是在中學(xué)物理教學(xué)過程中，運用計算機這種現(xiàn)代高科技手段作為主要教學(xué)媒介所進(jìn)行的教學(xué)活動。它在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、創(chuàng)造性，提高課堂教學(xué)效率等方面都有著傳統(tǒng)教學(xué)手段無法比擬的優(yōu)勢，可推進(jìn)了中學(xué)物理教學(xué)的改革、是實施素質(zhì)教育的有效途徑。本文首先對信息時代的計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的發(fā)展情況以及目的和意義進(jìn)行了論述。接著，詳細(xì)闡述了計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)特點及優(yōu)勢

3、。最后，就計算機輔助在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用，詳細(xì)列舉了計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的實例，同時，說明了計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)在信息時代的重要作用。關(guān)鍵詞: 計算機輔助教學(xué) 中學(xué)物理 布朗運動 MatlabABSTRACT Computer-aided school physics teaching in high school physics teaching process, the use of modern high-tech means of a computer such as the main medium of instruction in teaching activities ca

4、rried out. It mobilize students' enthusiasm, initiative and creativity, improve teaching efficiency and other aspects of traditional teaching methods has incomparable advantages, can promote the reform school physics teaching is an effective way to implement quality education. School physics tea

5、ching, as a basis for natural science teaching, to comprehensively improve the quality of students, especially students to explore the ability of the natural sciences, namely, questions, problems and problem-solving abilities discovery has very important significance. Therefore, the full application

6、 in the teaching process model of computer technology, the reform of teaching, teaching methods and means of training personnel is particularly important in the 21st century.Key words:Computer Aided Instruction Middle school physics Brownian motion第一章 緒論1.1信息時代的中學(xué)物理教學(xué)近年來，隨著計算機多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人類己進(jìn)入

7、了充滿活力、富于創(chuàng)造的信息時代。隨著教育現(xiàn)代化工程的啟動，計算機正逐步走進(jìn)物理課堂教學(xué)中。勿庸置疑，這種現(xiàn)代化教學(xué)手段的使用增強了物理課堂教學(xué)的趣味性、直觀性，增大了課堂容量，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在許多方面是傳統(tǒng)的教學(xué)模式所無法比擬的。有關(guān)計算機輔助教學(xué)的應(yīng)用與研究也也越來越深入。中學(xué)物理教學(xué)作為自然科學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，對全面提高學(xué)生的素質(zhì)，特別是培養(yǎng)學(xué)生探索自然科學(xué)的能力，即提出問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，具有非常重要的意義。因此，在教學(xué)過程中充分應(yīng)用計算機技術(shù)，改革教學(xué)的模式，優(yōu)化教學(xué)方法和手段，對培養(yǎng)21 世紀(jì)人才尤為重要。1.2計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的發(fā)展我國計算機輔助教育工作

8、起步較晚。20世紀(jì)80年代初期，一些高等學(xué)校在 APPLE等微型機上開發(fā)了計算機輔助語言教學(xué)系統(tǒng)和各類科目的輔助教學(xué)軟件包。后來，隨著 IBM 微型機及其兼容機的普及，人們又在其上開發(fā)了一些教學(xué)軟件。1985 年召開了第一次計算機輔助教育學(xué)術(shù)交流會，1986 年，原國家教育委員會基礎(chǔ)教育司成立了“全國中小學(xué)計算機實驗研究中心”。高等教育司在 1993 年和 1994 年分別組織高等工科院校和理科院校成立了 CAI 協(xié)作組，組織和指導(dǎo)高等學(xué)校 CBE 的應(yīng)用和研究工作1。21世紀(jì)伊始，在教育部的統(tǒng)一指導(dǎo)下，面向全國幾千所種類高等院校，大力宣傳國家關(guān)于教育信息的方針政策，開展教師的教育技術(shù)培訓(xùn)。與

9、此同時，計算機網(wǎng)絡(luò)在學(xué)校的教育中發(fā)揮了作用。1.3計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的目的和意義利用計算機輔助物理教學(xué)，可以突破難點，突出重點，啟發(fā)想象力，吸引學(xué)生注意力，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深印象，促進(jìn)記憶，增加教學(xué)密度，豐富教學(xué)內(nèi)容，擴大知識面，更好地提高教學(xué)效果。中學(xué)生的思維活躍，精力充沛，他們的情感和興趣容易隨外界環(huán)境的變化而變化。心理學(xué)研究表明：中學(xué)生好奇心很強，興趣廣泛，情感豐富，對新鮮事物異常敏感。從認(rèn)知規(guī)律上分析：中學(xué)生抽象邏輯思維能力日益增強，但具體形象思維仍然占有重要的地位。在物理教學(xué)過程中要通過形象思維促進(jìn)抽象思維的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生在時間、空間和微觀動態(tài)上的想象力。物理學(xué)上很

10、多知識比較抽象，計算機輔助教學(xué)能給學(xué)生形象、直觀的動態(tài)圖像、視頻等信息有利于學(xué)生思維能力的提高。計算機輔助教學(xué)能激發(fā)學(xué)習(xí)物理興趣，這在物理教學(xué)中尤其突出。例如:物理課中發(fā)電機電動機的工作原理、帶電粒子在電場中的運動、原子的核式結(jié)構(gòu)模型等，這些知識點的共同特征是比較抽象，學(xué)生不易理解，難以建構(gòu)知識結(jié)構(gòu)，但是運用計算機輔助課件可以化靜為動，化不可見為可見，化抽象為直觀，以直觀的形象觸發(fā)學(xué)生的聯(lián)想與想象，從而達(dá)到對教學(xué)內(nèi)容深層理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)的質(zhì)量。計算機輔助教學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)從微觀向宏觀轉(zhuǎn)移。由于條件限制，物理教學(xué)中有些物理的實驗在課堂教學(xué)中無法演示，學(xué)生只能從理論上認(rèn)識了解。我們可

11、以應(yīng)用多媒體的三維動畫的進(jìn)行動態(tài)的模擬演示。利用計算機多媒體強大的動畫功能可以解決許多用常規(guī)手段難以表達(dá)或可見度低的實驗，如有關(guān)波的實驗(波的獨立性、波的干涉和衍射等)、透鏡成像(成像原理、演示物體靠近或遠(yuǎn)離透鏡時，像的動態(tài)變化等)；也可以通過計算機放大微觀世界，采用“放慢鏡頭”模擬外部環(huán)境變化等手法來演示分子運動理論、物體與物體的相互作用(如碰撞過程、物體微小形變)、氣體狀態(tài)變化等一些實驗。這些畫面清晰、直觀并且可以瞬間定格、重復(fù)播放，既減少了教師的勞動強度又使學(xué)生理解快、記憶扎實。第二章 計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的特點及優(yōu)勢2.1計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的特點我們知道物理學(xué)是一門比較抽象又是以

12、實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科。許多神奇而又奇妙的物理現(xiàn)象用實驗常規(guī)方法難以實現(xiàn)，使學(xué)生不能獲得感性理解，于是難以產(chǎn)生豐富的聯(lián)想，難以完成從實驗現(xiàn)象到物理規(guī)律的抽象。計算機輔助教學(xué)為解決這一問題提供了一種有效手段，計算機技術(shù)不但能再現(xiàn)或模擬各類物理現(xiàn)象，而且還能通過各種手段使復(fù)雜的問題簡化，將漫長或瞬間的物理演變過程成為可控、有序的演化過程，使學(xué)生在課堂上完整、清晰、形象地感知物理現(xiàn)象及其變化，給學(xué)生提供思維過程中必須的感性材料，幫助學(xué)生充分理解教材，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，很好地促進(jìn)了學(xué)生認(rèn)識能力的發(fā)展2。另外，在信息時代運用計算機輔助教學(xué)已經(jīng)成為中學(xué)物理教師必須進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究的重要課題。特別地，在中

13、學(xué)物理教學(xué)中使用 MATLAB軟件進(jìn)行模擬仿真，數(shù)值計算、繪制物理規(guī)律圖線和實驗數(shù)據(jù)處理等都有其獨特優(yōu)勢，并且簡單易學(xué)，通過模擬仿真及繪制圖線將復(fù)雜、抽象的物理過程，直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，提高學(xué)生的認(rèn)知和理解能力，提高課堂效率。這讓計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)具有以下幾個突出的特點：（1） 計算機模擬物理現(xiàn)象這里強調(diào)的物理過程模擬，不是示意性的簡單動畫，它演示的物理過程接近于真實。如，電流是電荷的定向移動，這種移動是疊加在電子無規(guī)則運動基礎(chǔ)上的定向移動；還有電容器充電、放電的過程；兩球碰撞時先壓縮、后恢復(fù)過程中兩球速度、加速度的變化；核裂變的過程等。（2） 繪制物理圖象例如：高中物理光的干涉一節(jié)中，介紹

14、了著名的楊氏雙縫干涉實驗，并給出了產(chǎn)生雙縫干涉圖象示意圖。用計算機的高分辨繪圖功能，可以繪制出雙縫干涉示意圖。通過高分辨圖象的交替顯示，又可賦予畫面以動態(tài)感，這樣可以收到很好的教學(xué)效果。（3）計算機解物理題計算是計算機最基本的功能，任何物理計算題均可用它求解。計算題越復(fù)雜，重復(fù)計算越多，越能體現(xiàn)計算機解題的優(yōu)越性。（4） 計算機輔助物理操練計算機輔助物理操練，其教學(xué)目的不是向?qū)W生傳授知識，而是讓學(xué)生通過大量的習(xí)題，達(dá)到鞏固已學(xué)知識和形成技能的目的。例如高中物理自測題庫，它包括四套難易類同的題目，學(xué)生可隨即產(chǎn)生一套自測題，供學(xué)生自我測試用，具有計時間、計成績、累加總分、答案判斷、正誤信息反饋等功

15、能。(5) 計算機處理實驗數(shù)據(jù)做物理實驗，經(jīng)常會得到若干數(shù)據(jù)，處理這些數(shù)據(jù)往往需要花費很多時間。若利用計算機處理實驗數(shù)據(jù)，不僅迅速，而且準(zhǔn)確，還能自動繪制圖表，比人工處理方便得多。 2.2計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的優(yōu)勢 從計算機輔助教學(xué)來看，計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)有以下優(yōu)勢:（1） 抽象內(nèi)容形象化，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。物理學(xué)是研究物質(zhì)運動和變化的科學(xué)，在某些方面，用傳統(tǒng)的教學(xué)手段不易表現(xiàn)物理學(xué)中“動”和“變”的特點。在物理教學(xué)中有很多難理解、抽象的概念，如力學(xué)中的動量和沖量的概念，電磁學(xué)中的電場、磁場概念，光學(xué)中干涉、衍射等，單憑語言是不易講清楚的。還有一些實驗室無法做的實驗，如粒子散射實驗，教師只

16、能用語言講述。粒子射擊金箔的過程，學(xué)生無法看到粒子的運動情景，這樣就影響了教學(xué)效果。若采用計算機輔助教學(xué)，就可以用程序在屏幕上模擬粒子散射實驗的過程，就會使很多傳統(tǒng)教學(xué)無法表現(xiàn)的現(xiàn)象更生動、更形象地得以實現(xiàn)，提高了教學(xué)效果，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。眾所周知，計算機的一個顯著特點，除了它的高速運算功能外，還具有圖形功能，利用計算機的圖形功能，能夠較好地把抽象的教學(xué)內(nèi)容通過圖形形象地描繪出來，擴大信息傳輸?shù)耐l帶。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)描述以及對于很強的動態(tài)性和微觀性的描述，利用計算機都可以做到形象化。如可以用計算機顯示波動的產(chǎn)生和干涉過程，用計算機來演示布朗運動和電子衍射實驗等，都能獲得令人滿意的效果。

17、（2）實現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性。中學(xué)物理教學(xué)過程與其他學(xué)科的教學(xué)過程有所不同，其突出的特點之一是:教學(xué)過程不單純以“承受知識”的活動為主，而且要輔之以“探索知識”的活動，不但要發(fā)展一般運用知識的能力，還要發(fā)展高層次的能力創(chuàng)造力。在物理教學(xué)過程中，減少學(xué)生對教師的依賴，按教學(xué)階段逐步發(fā)展學(xué)生的獨立思考、獨立活動能力，這是學(xué)生進(jìn)行探索性認(rèn)識活動的客觀要求。但在以往的傳統(tǒng)教學(xué)中，往往以教師為中心，學(xué)生的探索性認(rèn)識活動難以開展。在計算機輔助教學(xué)中，可利用計算機來向?qū)W生提出問題、分析問題，從而解決問題，引導(dǎo)學(xué)生遵循教學(xué)思路掌握所學(xué)內(nèi)容，通過屏幕顯示，逐步引導(dǎo)。此外，常規(guī)的教學(xué)是集體進(jìn)行的。由于學(xué)生

18、智能程度不同，經(jīng)驗各異，在新的學(xué)習(xí)中顯示出不同的學(xué)習(xí)結(jié)果，教師應(yīng)該分別對待，但傳統(tǒng)的教學(xué)往往很難做到點面結(jié)合。計算機輔助教學(xué)可適應(yīng)不同對象、不同階段的要求，注意選擇所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)時可重復(fù)選擇多次，直至完全掌握，這樣就不受課程教學(xué)的束縛，充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，真正可做到因材施教。(3) 學(xué)與練融為一體，提高教學(xué)效率3。采用人機對話方式，學(xué)生與計算機之間有頻繁的直接通訊活動。計算機經(jīng)常向?qū)W習(xí)者提出問題，學(xué)生回答后能立即得到檢驗，使學(xué)生處于比較緊張的環(huán)境中，必須集中注意力才行，這樣大大提高了學(xué)習(xí)效率。人機對話的交互式活動還為學(xué)生提供了自行控制學(xué)習(xí)速度的機會，一般來說，僅當(dāng)學(xué)生

19、作出一定的反應(yīng)后，計算機才會引導(dǎo)他進(jìn)入下一學(xué)習(xí)步驟，因此交互式活動使學(xué)生獲得自行調(diào)節(jié)、反復(fù)操練的機制。人機對話的交互式活動還意味著計算機對學(xué)生的反應(yīng)提供評價的及時反饋，檢查學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容掌握的程度，立即給出評分結(jié)果，從而激發(fā)學(xué)生積極向上、奮發(fā)進(jìn)取的精神，促使他們努力學(xué)習(xí)，直到完全掌握，及時鞏固所學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)了自覺反饋。(4) 減輕教師負(fù)擔(dān)，避免重復(fù)性勞動。對物理課程中的某些內(nèi)容，可由物理教師、教育學(xué)者、計算機專業(yè)人員等共同編寫計算機輔助教學(xué)教材，利用計算機輔助教學(xué)。一個良好的計算機輔助教學(xué)教材，可以提供多數(shù)的教師使用，因而可節(jié)省很多教學(xué)的勞力和時間，使教師有時間去從事教學(xué)研究活動。對于有危險性

20、或?qū)嶒炗欣щy的教材，計算機輔助教學(xué)更表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)點。值得指出的是，盡管計算機輔助教學(xué)有其顯著優(yōu)勢，但它的輔助教學(xué)的地位和使用過程中不可避免的存在弊端, 我們要能更好地使用計算機輔助物理教學(xué)充分發(fā)揮其積極作用，才能發(fā)揮其教學(xué)的最佳功效。第3章 計算機輔助中學(xué)物理教學(xué)的實例在計算機輔助物理教學(xué)中將MATLAB軟件應(yīng)用于物理教學(xué)中，能使教學(xué)內(nèi)容更加形象直觀，更能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更用助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。3.1處理實驗數(shù)據(jù)并繪制圖線物理實驗數(shù)據(jù)得出后常常要經(jīng)過相應(yīng)的處理才能得出相關(guān)的結(jié)論,實驗數(shù)據(jù)處理方法有很多種，在處理實驗數(shù)據(jù)時可根據(jù)需要選擇合適的一種方法表示實驗的最后結(jié)果，但是手工作圖

21、和數(shù)據(jù)處理存在很大的誤差,因此要想得到較好的實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)圖,經(jīng)常需要使用計算機來輔助完成。例如：利用伏安法測電源電動勢E和內(nèi)阻r的實驗中，通過多次改變滑動變阻器阻值大小，記錄對應(yīng)電壓表示數(shù)U和電流示數(shù)I，如表3-1所示:U/V1.451.331.211.090.970.85I/A 0.020.100.180.260.340.42U/V0.730.610.490.370.250.13I/A 0.500.580.660.740.820.90 表3-1 電壓和電流數(shù)據(jù)記錄表 根據(jù)U=一Ir+E關(guān)系式，可知U一I圖象滿足線性關(guān)系，對表1中的數(shù)據(jù)利用一階多項式擬合，程序如下:>> clf;

22、clear all;i=0.02 0.10 0.18 0.26 0.34 0.42 0.50 0.58 0.66 0.74 0.82 0.90;u=1.45 1.33 1.21 1.09 0.97 0.85 0.93 0.61 0.49 0.37 0.25 0.13;plot(i,u,'.')hold onp=polyfit(i,u,1)i1=0.02:0.02:0.90;u1=polyval(p,i1);plot(i1,u1)grid ontitle('電壓U與電流I的關(guān)系曲線','FontSize',16)xlabel('itI/A&

23、#39;,'FontSize',25)ylabel('itU/V','FontSize',25)legend('實驗數(shù)據(jù)','擬合線')p = -1.4913 1.4926 圖3-1 電壓U與電流I的關(guān)系曲線Fig.3.1 Relationship curve of voltage an 由上述可知，U一I關(guān)系式為:U=-1.4913I+ 1.4926,則電源電動勢1.4926 V，電源內(nèi)阻1. 4913 。通過MATLAB繪圖可以簡單、清晰、直觀、準(zhǔn)確的對中學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并進(jìn)行直線擬合，使得實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和

24、直觀化，加深了學(xué)生對實驗的理解。同時，還能讓學(xué)生對個別實驗數(shù)據(jù)的正誤有了很直觀的判斷，提高了學(xué)生對科學(xué)的興趣，加強了他們的動手能力.3.2運動過程中的動態(tài)模擬物理學(xué)中物體運動模型是非常抽象的，也是非常的重要，對解決實際問題有很大的幫助，使用MATLAB語言可以非常容易地演示這些模型，使其具體化。運用MATLAB對物體運動情況進(jìn)行實時模擬演示直觀、明了、真切 ，使學(xué)生容易理解，記憶深刻，大大地提高了學(xué)習(xí)效率。例如Matlab在平拋運動和斜拋運動中的動態(tài)模擬。物理上所提到的平拋運動和斜拋運動都是一種理想化的模型，把物體看成質(zhì)點，拋出后只考慮重力作用，不考慮空氣阻力。平拋運動是物體僅受重力作用以一定

25、的初速度沿水平方向拋出的運動。平拋運動可看作水平方向的勻速直線運動以及豎直方向的自由落體運動的合運動。（1） 平拋運動： 水平方向位移 （3.1） 豎直方向位移 （3.2）合位移 （3.3）位移方向與水平夾角： （3.4）運用以上公式，我們可以求得物體在任意時刻的坐標(biāo)并找到物體所在位置，用平滑曲線把這些點連起來，就得到平拋運動的軌跡和以不同初速度拋出時水平和豎直方向位移的關(guān)系曲線。運用MATLAB 編程得到物體運動的曲線和以不同初速度拋出時水平和豎直方向位移的關(guān)系曲線的程序分別如下：%物體平拋運動軌跡>> clf;clear all;xsd=100;t=0:0.01:10;x=xs

26、d*t;y=-(9.8*t.2)/2;plot(t,y,'.')grid ontitle('物體平拋運動軌跡','FontSize',16)xlabel('itt/s','FontSize',25)ylabel('ity/m','FontSize',25)>> %水平位移與豎直位移關(guān)系曲線>> clf;clear all;t=0:0.25:10;v0=10:5:25;y=-(9.8*t.2)/2;x1=v0(1)*t;x2=v0(2)*t;x3=v0(3)*t

27、;x4=v0(4)*t;plot(x1,y,'>-',x2,y,'o-',x3,y,'s-',x4,y,'kp-','LineWidth',1.6)h=legend('v0=10','v0=15','v0=20','v0=25')set(h,'FontSize',18) %放大圖例grid ontitle('水平位移與豎直位移關(guān)系曲線','FontSize',20)xlabel('水平位移x

28、/m','FontSize',20)ylabel('豎直位移y/m','FontSize',20)>> 運行結(jié)果如圖3-2、圖3-3所示。圖3-2 物體平拋軌跡曲線Fig.3.2 Objects thrown fl 圖3-3 水平位移與豎直位移關(guān)系曲線 Fig.3.3 Horizontal displacement and vertical displacement curve斜拋運動是物體以一定的初速度斜向射出去，在空氣阻力可以忽略的情況下物體所做的運動。 斜拋運動正交分解為沿水平方向的勻速直線運動和沿豎直方向的豎直上拋運動

29、。物體拋出方向與X軸正方向之間的夾角稱為拋射角，用表示。小球能達(dá)到的最大高度叫做射高，數(shù)學(xué)分析如下：（2）斜拋運動：水平方向速度 （3.5）豎直方向速度 （3.6）水平方向位移 （3.7）豎直方向位移 （3.8） 拋射能達(dá)到的最大高度 （3.9）其到達(dá)最大高度所需時間為 （3.10）空中飛行時間為 （3.11）拋射體的最大射程為 （3.12）從分析中可知在初速度不變的情況下，隨著拋射角的增大，拋射最大高度和射程也隨著增大，當(dāng)時，射程達(dá)到最大值，以后隨著拋射角的增大，射程減小。利用MATLAB的繪圖功能，可以更直觀的體現(xiàn)上述結(jié)論，其程序如下： % 圖3-4斜拋運動軌跡>> clf;c

30、lear all;v0=30; % 初速度g=9.8; theta=75:-15:15*pi/180; % 75度 60度 45度 30度 15度 共5個角度x=linspace(0,100,30); % 水平坐標(biāo)向量y1=x.*tan(theta(1)-1/2*g*x.2./(v0*cos(theta(1).2; %高度位置矩陣y2=x.*tan(theta(2)-1/2*g*x.2./(v0*cos(theta(2).2; %高度位置矩陣y3=x.*tan(theta(3)-1/2*g*x.2./(v0*cos(theta(3).2; %高度位置矩陣y4=x.*tan(theta(4)-1

31、/2*g*x.2./(v0*cos(theta(4).2; %高度位置矩陣y5=x.*tan(theta(5)-1/2*g*x.2./(v0*cos(theta(5).2; %高度位置矩陣plot(x,y1,'>-',x,y2,'o-',x,y3,'s-',x,y4,'kp-',x,y5,'bd-','LineWidth',1.6)h=legend('fontnameTimes New Romanalpha=75°','fontnameTimes New Ro

32、manalpha=60°',. 'fontnameTimes New Romanalpha=45°','fontnameTimes New Romanalpha=30°','fontnameTimes New Romanalpha=15°');set(h,'FontSize',18) %放大圖例grid ontitle('斜拋軌跡','FontSize',20)xlabel('水平距離x/m','FontSize',20

33、) %顯示x坐標(biāo)ylabel('高度y/m','FontSize',20) %顯示y坐標(biāo)axis(0 100 0 50) %曲線范圍set(gca,'xtick',0:20:100,'ytick',0:10:50,'fontname','Times New Roman','FontSize',18) >> % 圖3-5拋體最大高度隨角度變化曲線 >>a=linspace(0,pi/2); % 角度alpha=180*a/pi; % 裝換成弧度g=9.8;v0=

34、30;vy=v0*sin(a);y=(vy.2)/2/g;plot(alpha,y,'LineWidth',2)title('拋體最大高度變化曲線','FontSize',16)xlabel('fontnameTimes New Romanalpha/(°)','FontSize',20)ylabel('itfontnameTimes New Romany_m_a_x/m','FontSize',20)set(gca,'xtick',0:15:90,'

35、;ytick',0:10:50,'fontname','Times New Roman','FontSize',15)>>% 圖3-6拋體最大射程隨角度變化曲線>>x=linspace(0,pi/2);xx=180*x/pi; % 裝換成弧度g=9.8;v0=30;y=(v0.2*sin(2*x)/g;plot(xx,y,'LineWidth',2)title('拋體最大射程','FontSize',16)xlabel('fontnameTimes New R

36、omanalpha/(°)','FontSize',20)ylabel('itfontnameTimes New Romanx/m','FontSize',20)set(gca,'xtick',0:15:90,'ytick',0:20:100,'fontname','Times New Roman','FontSize',15)>>圖3-4 斜拋運動軌跡(初速度v0=30m/s)Fig.3.4 Projectile trajectory

37、(initial velocity v0 = 30m / s)a圖3-5 拋體最大高度隨角度變化曲線 Fig.3.5 Projectile angle curve with a ma 圖3-6拋體的最大射程隨角度變化曲線 Fig.3.6 Projectile angle curve with a maximum range運行結(jié)果如圖3-4、圖3-5、圖3-6所示，利用MATLAB的繪圖功能，可以更直觀演示物理運動的過程使問題圖象化，簡單化，讓學(xué)生深刻領(lǐng)會其物理規(guī)律，提高課堂教學(xué)效率。3.3微觀現(xiàn)象的動態(tài)模擬中學(xué)生的抽象思維能力、空間想象能力都較低，加之目前我國實驗教學(xué)條件的限制，因此在分子的

38、熱運動教學(xué)中一直存在兩大難題：一是布朗運動的實驗現(xiàn)象不易觀察；二是對表示布朗運動成因的微觀模型學(xué)生常常感到難以理解。布朗運動是懸浮微粒永不停息地做無規(guī)則運動的現(xiàn)象。例如，在顯微鏡下觀察懸浮在水中的藤黃粉、花粉微粒，或在無風(fēng)情形觀察空氣中的煙粒、塵埃時都會看到這種運動。溫度越高，運動越激烈。布朗運動是大量分子做無規(guī)則運動對懸浮的固體微粒各個方向撞擊作用的不均衡性造成的，所以布朗運動是大量液體分子集體行為的結(jié)果。在傳統(tǒng)教學(xué)手段（幻燈、掛圖、模型等)的限制下，對于液體分子撞擊固體微粒的運動情景，課堂上教師只能用語言解說或使用靜物演示，無法在學(xué)生的頭腦中形成真正的動態(tài)物理圖像，這障礙學(xué)生對布朗運動成因

39、的理解。針對布朗運動的實驗現(xiàn)象不易觀察和成因內(nèi)容比較抽象的難題，可通過軟件將布朗運動的真實情景演示出來。利用Matlab軟件繪制相應(yīng)的圖形，可以清晰直觀的觀察布朗運動分別在一維、二維、三維情況下的隨機現(xiàn)象，其實現(xiàn)程序如下：一維布朗運動：function t,w=br1(t0,tf,h)（m文件函數(shù))t=t0:h:tf;t=t'x=randn(size(t);w(1)=0;for k=1:length(t)-1; w(k+1)=w(k)+x(k);end;w=sqrt(h)*w;w=w(:) t0=0;（窗體）tf=10;h=0.01;t,w=br1(t0,tf,h)plot(t,w);

40、title('布朗運動一維模擬','FontSize',16)xlabel('t');圖3-7 布朗運動一維模擬圖 Fig.3.7 Brownian motion of one-dimensional simulation map二維布朗運動：functionx,y,m,n=br2(x0,xf,y0,yf,h)x=x0:h:xf;y=y0:h:yf;a=randn(size(x);b=randn(size(y);m(1)=0;n(1)=0;for k=1:length(x)-1; m(k+1)=m(k)+a(k); n(k+1)=n(k)+b(k);end; x0=0;xf=10;h=0.01;y0=0;yf=10;x,y,m,n=br2(x0,xf,y0,yf,h)plot(m,n)title('布朗運動二維模擬圖','FontSize',16)xlabel('m');ylabel('n')圖3-8 布朗運動二維模擬圖 Fig.3.8 Brownian motion of a two-dimensional simulation map三維布朗運動：f