MATLAB解讀教學(xué)講解課件

MATLAB在物理中的應(yīng)用1、大學(xué)物理與中學(xué)物理有什么區(qū)別？2、你在大學(xué)物理學(xué)習(xí)中感到什么困難？

怎么辦？

引進(jìn)信息技術(shù)

用計算機(jī)處理物理問題！MATLAB在物理中的應(yīng)用1MATLAB在物理中的應(yīng)用

在教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)，不僅僅是制作課件和學(xué)件。權(quán)威人士指出：“計算機(jī)在理工科中的低、中、高級應(yīng)用分別是數(shù)值計算、計算機(jī)模擬和計算機(jī)智能。”節(jié)約時間：用軟件很方便快捷地計算出結(jié)果；加深理解：用圖形和模擬動畫來展示和研究演化過程,使抽象的問題形象化；培養(yǎng)能力：學(xué)生在這個研究過程中進(jìn)行探索，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，這正是我院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的途徑之一。MATLAB在物理中的應(yīng)用2一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速度v0=15m/s,與地相碰的速度衰減系數(shù)k=0.8,計算任意時刻球的速度和位置。解：分析由運(yùn)動方程

y0一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速3一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速度v0=15m/s,與地相碰的速度衰減系數(shù)k=0.8,計算任意時刻球的速度和位置。解：（1）傳統(tǒng)計算方法

第一次落地前v=v01-gt,y=h+v01t-gt2/2,T1=3.62s第二次落地前v02=-k(v01-gT1)v=v02-gt,y=v02t-gt2/2,T2=2v02/g一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速4第三次落地前v03=-k(v02-gT2)v=v03-gt,y=v03t-gt2/2T3=2v03/g......第n次落地前v0n=-k(v0(n-1)-gT(n-1))v=v0n-gt,y=v0nt-gt2/2Tn=2v0n/g第三次落地前5

計算結(jié)果計算結(jié)果6

（2）用MATLAB計算程序clearall%有衰減彈性小球運(yùn)動程序v0=15;h=10;%初速度、高度g=-9.8;k=0.8;%重力加速度衰減系數(shù)T=0;fort=0:0.05:20v=v0+g*(t-T);%求速度y=h+v0*(t-T)+g*(t-T)^2/2;%求高度

ify<=0v0=-0.8*v;T=t;%取球每次落地時所用時間h=0;end

subplot(1,2,2)%畫球的運(yùn)動圖像pause(0.)

plot(1,y,'or','MarkerSize',10,‘MarkerFace',[1,0,0])

axis([0,2,0,25])

subplot(2,2,1)%畫球的速度曲線axis([0,20,-25,30])gridonplot(t,v,'*r','MarkerSize',2)holdon

subplot(2,2,3)%畫球的位置曲線axis([0,20,0,25])gridonplot(t,y,‘*b’,‘MarkerSize’,2）holdon

disp(['t=',num2str(t,4),'v=',…num2str(v,4),'y=',num2str(y,2)])end

（2）用MATLAB計算程序clearall%7

計算結(jié)果計算結(jié)果8（3）用MATLAB仿真模擬

h=10m,v0=15m/s,k=0.8.

（3）用MATLAB仿真模擬

h=10m,v0=9仿真結(jié)果仿真結(jié)果102、阻尼振動和受迫振動

物體在媒質(zhì)中受到阻力產(chǎn)生阻尼振動，設(shè)黏性阻力阻尼振動方程為在周期性外力作用下發(fā)生受迫振動，設(shè)周期性外力為則受迫振動方程為2、阻尼振動和受迫振動

物體在媒質(zhì)中受到阻力產(chǎn)生阻尼振動，11用MATLAB計算阻尼振動程序clearall%sy195.mxf=dsolve('D2x+w0^2*x=0','Dx(0)=0,x(0)=A','t');xd=dsolve('D2x+2*b*Dx+w0^2*x=0','Dx(0)=0,x(0)=A','t');w0=3;b=0.8;A=0.2;t=linspace(0,8,200);xf1=eval(xf);xd1=eval(xd);b=0.99*w0;xd2=eval(xd);plot(t,xf1,‘.-r',t,xd1,'.-b',t,xd2,‘.-g',t,0,‘.-k')axis([0,8,-0.25,0.25])用MATLAB計算阻尼振動程序clearall%sy1912計算結(jié)果及分析紅線—簡諧振動，藍(lán)線阻尼振動，綠線阻尼振動，阻尼振動周期比自由振動要長，當(dāng)時，振幅按指數(shù)迅速縮減。

計算結(jié)果及分析紅線—簡諧振動，藍(lán)線13用MATLAB計算受迫振動程序clearall%sy196.mxc=dsolve('D2x+2*b*Dx+w0^2*x+h*cos(wc*t)=0','Dx(0)=0,x(0)=A','t');w0=0.3*pi;b=0.1;A=0.2;h=0.4;t=linspace(0,100,1000);i=1;fork=0.1:0.01:2.5%k=wc/w0驅(qū)動頻率與固有頻率之比r(i)=k;wc=k*w0;xc1=eval(xc);a(i)=max(real(xc1));i=i+1;endsubplot(2,1,1)%畫受迫振動振幅與頻率比之間的關(guān)系曲線plot(r,a，’.-r’)subplot(2,1,2)%畫受迫振動曲線plot(t,xc1,'-b',t,0,'-r')用MATLAB計算受迫振動程序clearall%sy1914計算結(jié)果及分析

上圖表示受迫振動的振幅A隨頻率比k=wc/w0的變化曲線，看出當(dāng)驅(qū)動力的頻率wc接近系統(tǒng)的固有頻率w0時，發(fā)生共振現(xiàn)象。下圖表示穩(wěn)定狀態(tài)的受迫振動是一個與簡諧驅(qū)動力同頻率的簡諧振動。計算結(jié)果及分析上圖表示受迫振動的振幅A隨頻率比15作業(yè)：1、假設(shè)例1中，彈性小球每次落地?fù)p失30%能量，重新計算和模擬小球的速度和位置。2、在例2中，取β取不同值，β=0.001、0.05、0.1、0.5、2等，看受迫振動的振幅如何變化？使k值變得更大些，譬如k=20，看受迫振動曲線又有何變化？試從物理規(guī)律上加以解釋.作業(yè)：1、假設(shè)例1中，彈性小球每次落地?fù)p失30%16二、在電磁學(xué)中應(yīng)用1、穩(wěn)恒磁場的分布.設(shè)電流環(huán)在y-z平面上，環(huán)心通過坐標(biāo)原點(diǎn)O，環(huán)半徑為Rh，通過的電流為I0，計算并畫出z=0處x-y平面上的磁場分布.解：由畢奧—薩伐爾定律，電流元Idl在空間P的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB為下列矢量叉乘積二、在電磁學(xué)中應(yīng)用1、穩(wěn)恒磁場的分布.設(shè)電流環(huán)在y-z平面17MATLAB計算程序Clearall%sy224.mRh=input('請輸入環(huán)半徑,Rh=');I0=input('請輸入環(huán)電流,I0=');mu0=4*pi*1e-7;C0=mu0/(4*pi)*I0;%歸并常數(shù)Nh=20; %電流環(huán)分段數(shù)x=linspace(-3,3,Nh);y=x; %確定觀測點(diǎn)的范圍theta0=linspace(0,2*pi,Nh+1); %環(huán)的圓周角分段thetal=theta0(1:Nh);y1=Rh*cos(thetal); %環(huán)各段矢量的起點(diǎn)坐標(biāo)y1,z1z1=Rh*sin(thetal);theta2=theta0(2:Nh+1); %注意thetal和theta2的差別y2=Rh*cos(theta2); %環(huán)各段矢量的終點(diǎn)坐標(biāo)y2,z2z2=Rh*sin(theta2);xc=0;yc=(y2+y1)/2;zc=(z2+z1)/2;%計算環(huán)各段矢量中點(diǎn)的坐標(biāo)分量dlx=0;dly=y2-y1;dlz=z2-z1;%計算環(huán)各段矢量d1的3個分量，x1=x2=0MATLAB計算程序Clearall%sy224.m18NGx=Nh;NGy=NGx; %確定網(wǎng)格線數(shù)fori=1:NGy %循環(huán)計算各網(wǎng)格點(diǎn)上的B（x,y）值

forj=1:NGxrx=x(j)-xc;ry=y(i)-yc;rz=0-zc;計算矢徑r的3個長度分量,P點(diǎn)z=0r3=sqrt(rx.^2+ry.^2+rz.^2).^3; %計算r^3dlXr_x=dly.*rz-dlz.*ry; %計算叉乘積dl×r的x和y分量，z分量為0dlXr_y=dlz.*rx-dlx.*rz;Bx(i,j)=sum(C0*dlXr_x./r3); %把環(huán)各段產(chǎn)生的磁場分量累加By(i,j)=sum(C0*dlXr_y./r3);B=(Bx.^2+By.^2).^0.5; %計算B的大小

endendsubplot(1,2,1),quiver(x,y,Bx,By);%用quiver畫磁場矢量圖xlabel('x'),ylabel('y')axis([-3,3,-3,3])subplot(1,2,2)mesh(x,y,B);%畫磁場大小分布圖xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('v')

MATLAB解讀教學(xué)講解課件19計算結(jié)果

Rh=2m，I0=100A.左圖中的矢量并不代表磁感應(yīng)線，它們是均勻分布的，磁場的強(qiáng)弱是用矢量的長短來表示的，右圖中z軸只表示磁場的大小.

計算結(jié)果

Rh=2m，I0=100A.左圖中的矢量并不代20二、在電磁學(xué)中應(yīng)用

2、求解下面直流電路中的i1、i3、V3、V5i2i1i3i7i4i6R7=12二、在電磁學(xué)中應(yīng)用

2、求解下面直流電路中的i1、i3、V21解：（1）傳統(tǒng)計算方法

應(yīng)用基爾霍夫定律得6i2+12i7=104i3+12i6-12i7=0(4+2)i4-12i6=0i2=i3+i7i3=i4+i6i6+i4=i1

這是一個6元一次方程組，代入法可求解i2i3i4i1i6i7解：（1）傳統(tǒng)計算方法應(yīng)用基爾霍夫定律得i2i3i4i1i22（2）用MATLAB計算程序clearallA=[0,6,0,0,0,12;0,0,4,0,12,-12;0,0,0,6,-12,0;0,1,-1,0,0,-1;0,0,1,-1,-1,0;-1,0,0,1,1,0];b=[10,0,0,0,0,0]';i=A\bv3=i(3)*4v5=i(4)*2（2）用MATLAB計算程序clearall23結(jié)果i=0.55560.92590.55560.37040.18520.3704v3=2.2222v5=0.7407結(jié)果i=24（3）用MATLAB仿真模擬（3）用MATLAB仿真模擬253、求解下面交流電路i1、i2、v

i2i1vI３I４3、求解下面交流電路i1、i2、vi2i1vI３I４26用MATLAB仿真模擬用MATLAB仿真模擬27仿真模擬結(jié)果仿真模擬結(jié)果28MATLAB在物理中的應(yīng)用1、大學(xué)物理與中學(xué)物理有什么區(qū)別？2、你在大學(xué)物理學(xué)習(xí)中感到什么困難？

怎么辦？

引進(jìn)信息技術(shù)

用計算機(jī)處理物理問題！MATLAB在物理中的應(yīng)用29MATLAB在物理中的應(yīng)用

在教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)，不僅僅是制作課件和學(xué)件。權(quán)威人士指出：“計算機(jī)在理工科中的低、中、高級應(yīng)用分別是數(shù)值計算、計算機(jī)模擬和計算機(jī)智能?！惫?jié)約時間：用軟件很方便快捷地計算出結(jié)果；加深理解：用圖形和模擬動畫來展示和研究演化過程,使抽象的問題形象化；培養(yǎng)能力：學(xué)生在這個研究過程中進(jìn)行探索，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，這正是我院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的途徑之一。MATLAB在物理中的應(yīng)用30一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速度v0=15m/s,與地相碰的速度衰減系數(shù)k=0.8,計算任意時刻球的速度和位置。解：分析由運(yùn)動方程

y0一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速31一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速度v0=15m/s,與地相碰的速度衰減系數(shù)k=0.8,計算任意時刻球的速度和位置。解：（1）傳統(tǒng)計算方法

第一次落地前v=v01-gt,y=h+v01t-gt2/2,T1=3.62s第二次落地前v02=-k(v01-gT1)v=v02-gt,y=v02t-gt2/2,T2=2v02/g一、在力學(xué)中應(yīng)用1、一彈性球，初始高度h=10m,向上初速32第三次落地前v03=-k(v02-gT2)v=v03-gt,y=v03t-gt2/2T3=2v03/g......第n次落地前v0n=-k(v0(n-1)-gT(n-1))v=v0n-gt,y=v0nt-gt2/2Tn=2v0n/g第三次落地前33

計算結(jié)果計算結(jié)果34

（2）用MATLAB計算程序clearall%有衰減彈性小球運(yùn)動程序v0=15;h=10;%初速度、高度g=-9.8;k=0.8;%重力加速度衰減系數(shù)T=0;fort=0:0.05:20v=v0+g*(t-T);%求速度y=h+v0*(t-T)+g*(t-T)^2/2;%求高度

ify<=0v0=-0.8*v;T=t;%取球每次落地時所用時間h=0;end

subplot(1,2,2)%畫球的運(yùn)動圖像pause(0.)

plot(1,y,'or','MarkerSize',10,‘MarkerFace',[1,0,0])

axis([0,2,0,25])

subplot(2,2,1)%畫球的速度曲線axis([0,20,-25,30])gridonplot(t,v,'*r','MarkerSize',2)holdon

subplot(2,2,3)%畫球的位置曲線axis([0,20,0,25])gridonplot(t,y,‘*b’,‘MarkerSize’,2）holdon

disp(['t=',num2str(t,4),'v=',…num2str(v,4),'y=',num2str(y,2)])end

（2）用MATLAB計算程序clearall%35

計算結(jié)果計算結(jié)果36（3）用MATLAB仿真模擬

h=10m,v0=15m/s,k=0.8.

（3）用MATLAB仿真模擬

h=10m,v0=37仿真結(jié)果仿真結(jié)果382、阻尼振動和受迫振動

物體在媒質(zhì)中受到阻力產(chǎn)生阻尼振動，設(shè)黏性阻力阻尼振動方程為在周期性外力作用下發(fā)生受迫振動，設(shè)周期性外力為則受迫振動方程為2、阻尼振動和受迫振動

物體在媒質(zhì)中受到阻力產(chǎn)生阻尼振動，39用MATLAB計算阻尼振動程序clearall%sy195.mxf=dsolve('D2x+w0^2*x=0','Dx(0)=0,x(0)=A','t');xd=dsolve('D2x+2*b*Dx+w0^2*x=0','Dx(0)=0,x(0)=A','t');w0=3;b=0.8;A=0.2;t=linspace(0,8,200);xf1=eval(xf);xd1=eval(xd);b=0.99*w0;xd2=eval(xd);plot(t,xf1,‘.-r',t,xd1,'.-b',t,xd2,‘.-g',t,0,‘.-k')axis([0,8,-0.25,0.25])用MATLAB計算阻尼振動程序clearall%sy1940計算結(jié)果及分析紅線—簡諧振動，藍(lán)線阻尼振動，綠線阻尼振動，阻尼振動周期比自由振動要長，當(dāng)時，振幅按指數(shù)迅速縮減。

計算結(jié)果及分析紅線—簡諧振動，藍(lán)線41用MATLAB計算受迫振動程序clearall%sy196.mxc=dsolve('D2x+2*b*Dx+w0^2*x+h*cos(wc*t)=0','Dx(0)=0,x(0)=A','t');w0=0.3*pi;b=0.1;A=0.2;h=0.4;t=linspace(0,100,1000);i=1;fork=0.1:0.01:2.5%k=wc/w0驅(qū)動頻率與固有頻率之比r(i)=k;wc=k*w0;xc1=eval(xc);a(i)=max(real(xc1));i=i+1;endsubplot(2,1,1)%畫受迫振動振幅與頻率比之間的關(guān)系曲線plot(r,a，’.-r’)subplot(2,1,2)%畫受迫振動曲線plot(t,xc1,'-b',t,0,'-r')用MATLAB計算受迫振動程序clearall%sy1942計算結(jié)果及分析

上圖表示受迫振動的振幅A隨頻率比k=wc/w0的變化曲線，看出當(dāng)驅(qū)動力的頻率wc接近系統(tǒng)的固有頻率w0時，發(fā)生共振現(xiàn)象。下圖表示穩(wěn)定狀態(tài)的受迫振動是一個與簡諧驅(qū)動力同頻率的簡諧振動。計算結(jié)果及分析上圖表示受迫振動的振幅A隨頻率比43作業(yè)：1、假設(shè)例1中，彈性小球每次落地?fù)p失30%能量，重新計算和模擬小球的速度和位置。2、在例2中，取β取不同值，β=0.001、0.05、0.1、0.5、2等，看受迫振動的振幅如何變化？使k值變得更大些，譬如k=20，看受迫振動曲線又有何變化？試從物理規(guī)律上加以解釋.作業(yè)：1、假設(shè)例1中，彈性小球每次落地?fù)p失30%44二、在電磁學(xué)中應(yīng)用1、穩(wěn)恒磁場的分布.設(shè)電流環(huán)在y-z平面上，環(huán)心通過坐標(biāo)原點(diǎn)O，環(huán)半徑為Rh，通過的電流為I0，計算并畫出z=0處x-y平面上的磁場分布.解：由畢奧—薩伐爾定律，電流元Idl在空間P的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB為下列矢量叉乘積二、在電磁學(xué)中應(yīng)用1、穩(wěn)恒磁場的分布.設(shè)電流環(huán)在y-z平面45MATLAB計算程序Clearall%sy224.mRh=input('請輸入環(huán)半徑,Rh=');I0=input('請輸入環(huán)電流,I0=');mu0=4*pi*1e-7;C0=mu0/(4*pi)*I0;%歸并常數(shù)Nh=20; %電流環(huán)分段數(shù)x=linspace(-3,3,Nh);y=x; %確定觀測點(diǎn)的范圍theta0=linspace(0,2*pi,Nh+1); %環(huán)的圓周角分段thetal=theta0(1:Nh);y1=Rh*cos(thetal); %環(huán)各段矢量的起點(diǎn)坐標(biāo)y1,z1z1=Rh*sin(thetal);theta2=theta0(2:Nh+1); %注意thetal和theta2的差別y2=Rh*cos(theta2); %環(huán)各段矢量的終點(diǎn)坐標(biāo)y2,z2z2=Rh*sin(theta2);xc=0;yc=(y2+y1)/2;zc=(z2+z1)/2;%計算環(huán)各段矢量中點(diǎn)的坐標(biāo)分量dlx=0;dly=y2-y1;dlz=z2-z1;%計算環(huán)各段矢量d1的3個分量，x1=x2=0MATLAB計算程序Clearall%sy224.m46NGx=Nh;NGy=NGx; %確定網(wǎng)格線數(shù)fori=1:NGy %循環(huán)計算各網(wǎng)格點(diǎn)上的B（x,y）值

forj=1:NGxrx=x(j)-xc;ry=y(i)-yc;rz=0-zc;計算矢徑r的3個長度分量,P點(diǎn)z=0r3=sqrt(rx.^2+ry.^2+rz.^2).^3; %計算r^3dlXr_x=dly.*rz-dlz.*ry; %計算叉乘積dl×r的x和y分量，z分量為0dlXr_y=dlz.*rx-dlx.*rz;Bx(i,j)=sum(C0*dlXr_x./r3); %把環(huán)各段產(chǎn)生的磁場分量累加By(i,j)=sum(C0*dlXr_y./r3);B=(Bx.^2+By.^2).^0.5; %計算B的大小

endendsubplot(1,2,1),q