基于MATLAB的大學物理可視化研究

張玲++李隆++梁良++郝勁波++昝會萍

摘要：針對大學物理中經典模型過程、解析解的抽象、難以理解，利用MATLAB將其進行數值模擬以及可視化展示，本文以電偶極子、牛頓環為例，完成了電偶極子遠點的電勢和電場強度分布圖以及牛頓環條紋的動畫演示，使其結果一目了然，為大學物理課堂提供更生動的素材。

關鍵詞：電偶極子；電勢；電場強度；MATLAB；可視化

中圖分類號：O411.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0083-03

物理學是一門嚴格的、精密的基礎學科，涵蓋了從微觀到宇觀的整個自然界的經典物理模型。要求學習者具有較強的抽象思維能力，相對來說這是一門比較難學的課程[1]。但它的基本概念、基本理論與實驗方法向其他學科的滲透，總是能促成該學科或技術領域發生革命性變化或里程碑式的進步；因此，物理是學好各自然科學和工程技術科學的基礎，傳統的物理課堂要對理想物理模型進行嚴格的分析、建立精確的數學模型并求出精確的解析解，學生普遍反映內容理論性太強，概念抽象，計算過程復雜，得到的結果難以理解。抽象的模型、縝密的分析，嚴格的建模、計算，一個解析的字母表達式結果確實很難吸引學生的學習興趣。MATLAB代表了當今世界科學計算軟件的最先進水平[2]，它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，已經在很多專業學科有廣泛的應用。利用MATLAB將物理模型的最終解通過數值模擬做可視化展示，可以讓學生看到更直觀、明晰區域分布，大大提高學生的學習興趣，是傳統學科與先進計算技術的完美結合。本文選取等量異號電偶極子電勢、場強分布的空間分布和光的牛頓環的動畫模擬。

1 電偶極子

1.1 基本題設