基于MATLAB的α粒子散射實驗過程討論

摘 要：針對物理學理論知識的抽象，文章通過理論推導和MATLAB軟件呈現可視化電子束磁聚焦模型，科學清晰呈現磁聚焦分布特點。

關鍵詞：MATLAB；磁聚焦；分析

一、 引言

隨著以計算機為載體的信息技術及其在課程與教學中應用，深刻影響課程與教學手段的更新。近幾年，尤其以MOOC課程以及翻轉課堂引發的課程與教學改革如火如荼展開。而其中如何將復雜和抽象的物理過程以數學描述的形式直觀展現顯得十分重要。原因在于物理知識或規律本身就來源于生活或生產實踐，而物理知識與規律的抽象性與之相沖突，導致對物理知識的掌握很淺層。解決這一矛盾最直接的辦法是直觀的呈現物理過程，將復雜的問題直觀化?，F有常見的方法為運用FLASH或3DMAX等軟件的對物理現象進行直觀的模擬，但是該方法不是基于物理理論或規律嚴格的數學描述的模擬，而只是對現象的簡單直觀呈現。雖然能得到動態的物理情景的呈現，但在科學意義上卻是錯誤的。更可行的方案是運用MATLAB軟件，利用其數值分析、科學數據計算以及面向可視化的交互設計的計算環境，呈現出可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多功能。本文運用物理理論先行理論推導出α粒子散射的各參量的數學描述形式，再運用Matlab構建α粒子散射可視化模型，最終實現物理模型的科學碎片化和可視化。

二、 物理模型構建

α粒子散射實驗（a-particle scattering experiment）又稱金箔實驗，該實驗是在歐內斯特·盧瑟福指導下，由漢斯·蓋革和恩斯特·馬斯登兩位科學家共同所做的經典物理實驗。它既是近代物理學經典性實驗，更是近代原子核式模型建立的基礎。

三、 可視化模型分析

運用MATLAB編程獲取圖1和圖2。圖1是動能與散射角之間的關系，圖像表明，隨著中子的散射角的增加，中子的散射速率逐漸減少；當中子反彈即碰撞反彈回來時，中子散射速率最小。此外，中子的質量與原子核的質量的比值也影響中子散射速度，當原子核的質量與中子的質量比值接近1時，同一個散射角對應的散射速率就越小。當中子多次和與之質量相近的原子核碰撞后，哪怕中子不反彈，速率也會迅速減小。圖2反映的是中子損失的動能與散射角之間的關系，圖像表明，中子散射后隨著散射角的增加其損失的動能也越來越大；中子損失的動能最多場景為中子反彈時。中子的質量與原子核的質量比值也影響中子動能的損失，圖像表明同一個散射角，中子的質量與原子核的質量的比值越大損失的動能就越多。

參考文獻：

[1]梅山孩.MATLAB在大學物理MOOC課程可視化教學中的應用[J].考試周刊，2014（63）：124-125.

[2]彭芳麟，梁穎，劉振興.在計算物理基礎課中用MATLAB培養學生的編程能力[J].大學物理，2013（9）：9-14+17.

作者簡介：

梅山孩，浙江省杭州市，浙江樹人大學。