MATLAB在機械振動及機械波教學中的應用

范書宇

機械振動與機械波是高中物理的重要教學內容，它們屬于兩個不同的章節，但二者之間又有著密切的聯系.例如，二者在表達式及曲線圖象方面都很類似，但它們表示的是不同的運動現象，其運動成因也不相同.為了能很好地闡明機械振動與機械波之間的區別與聯系，在教學過程中必須繪制各種圖象，并調動學生的想象能力進行抽象化思維.另一方面，由于波動問題具有傳播方向的不確定性、時間及距離的不確定性等現象，波動問題具有多解性，這增加了學生學習振動問題與波動問題的難度.如果能將振動圖象與波動圖象形象化地用圖形表示出來，動態地展示振動與波動過程，將能極大地提高學生對該類問題的理解與掌握.

科學計算語言Matlab是由美國Mathworks公司開發的用于數值計算和圖形處理等的數學軟件，它具有強大的數據可視化功能.通過Matlab軟件，可以將物理教學中復雜的問題形象化地表示出來，能使教學內容更加形象直觀，因此更能提高學生的學習興趣，有助于培養學生的創新能力.

綜上所述，本文利用MATLAB軟件來繪制振動曲線與波動曲線，編寫其運動過程的動態演示程序，以便形象化地表示機械振動與機械波的運動過程及二者間的關系.

1 用Matlab繪制動態化振動曲線及波動曲線

以Matlab的繪圖語句（plot）及圖像窗口更新語句（drawnow）為主，輔以循環語句、坐標軸標注等功能，即可繪制動態化的振動曲線及波動曲線，形象生動地表示任一質點的振動過程及一系列質點的波動過程.

為了使程序具有通用性，分別將動態化繪制振動曲線及波動曲線的程序段編寫成子程序Vibrate及Wave.運行時，只需輸入有關振動或波動的簡單信息，即可方便地調用這些子程序，并動態地繪出多種情況下的振動及波動圖形.