MATLAB GUI界面在高中物理实验中的应用

裴文娟 王顺天

【摘 要】新课程强调学生是主体，要充分发挥学生的自主性和主体性，这就要求学生主动学、主动做、主动思考与检查。针对这一目标，本文以高中课本中“探究小车速度随时间变化规律”为例，利用MATLAB GUI界面对实验进行计算处理，使学生做到自学、自做、自验，进而提高课堂学习效率、增加学生学习兴趣，最终达到有效培养学生的物理思维能力的目的。

【关键词】MATLAB GUI；高中；物理实验

高中物理实验课程是一门实践性课程，在实验过程中，不仅可以培养和提高学生科学实验素养，而且学生在实验课中既动手又动脑，可使学生对物理知识理解更加深刻，对物理产生更加浓厚的兴趣。在实验时，我们可以将MATLAB GUI界面应用到實验教学中，提高实验课效率。

1.实验

文章以人教版必修1第二章中“探究小车速度随时间变化的规律”实验为例。实验所用电火花打点计时器频率为50 Hz。实验开始先接通电源，再释放小车，打点计时器在纸带上打出一系列点。通过改变砝码的质量，重复进行三次实验。从纸带上选取一定的长度，与这一长度对应的时间即为已知。选取计时点时，要舍去小车开始运动时的密集点，从便于测量的点开始作为第一个点，标为“0”。计算选取学生做实验得出的三条实验纸带，实验数据处理以三个点为计数单位，其时间为△t=0.04s，用刻度尺测量三点之间的长度△x（如表1）。这样就能求得这一段时间内的平均速度v。△t很小，可认为v是这段时间内任一点的瞬时速度。计算各段计时单位内的平均速度v1，v2，……作为不同时刻的瞬时速度，以瞬时速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。在坐标系中描绘出v-t图象，找出这些点的分布规律。

物理实验教学应该侧重培养学生的动手能力，在学生动手完成实验后，老师应在短时间内对学生实验给出有效的评价，而利用MATLAB GUI界面交互性，可以实现这一目的。

2.MATLAB GUI界面及数据处理

探究小车速度随时间变化规律的MATLAB GUI界面主要分为三个板块：实验数据计算结果显示（左上角）、实验图像结果显示（左下角）、实验数据输入和功能实现（右边）。实验过程中通过计算机将此软件与实验器链接，计算机将在固定的时间间隔内自动记录一次小车的运动位移，并将时间与位移记录并录入输入变量一栏中。点击相应的功能键，就可以计算与绘制出实验结果及图像。且实验时根据实验需要，可以改变测量时间间隔。一般打点计时器的时间为0.02s，所以每隔0.02s就能打出一个点，但根据具体情况可以通过改变计数点个数来改变时间。计算时以3个点为计数单位，所以点击计算功能键，显示出的时间间隔为0.04s，这和我们理论知识所讲的完全对应。绘图功能键是计算机根据计算实验数据绘制出的v-t图象，再利用MATLAB GUI界面计算和绘图结果，可很快对比出学生在对数据的测量、记录、处理等方面暴露的问题，从而提高实验教学质量。

计算机根据我们在输入变量这一栏中输入打点计时器打点时间及以三个点为计数单位的条件，每经过0.04s将会自动记录一次纸带（小车）前进位移Δx，并且在Δx显示栏显示。注意：如果Δx只有一组实验数据，显示或输入形式为“[1 2 3 4 5 6]”，数据与数据之间用空格隔开。如果多次试验，Δx是两组或两组以上数据，显示或输入形式为“[1 2 3 4 5 6；5 5 5 5 5 5；9 8 7 6 5 4]”，同样数据间用空格隔开，每组数据之间用分号隔开。此界面操作便捷、计算快、实验结果直观，让学生自己对比验证实验结果，发现问题、分析问题、解决问题，发挥学生的主观能动性。教师在教学过程中可利用此软件对实验及实验结果进行讲解分析，可在短时间内对多组学生实验进行有效评价，分析得出实验误差及造成误差的原因，提高了课堂效率。

3.展望

文章以“探究小车速度随时间变化的规律”实验为例展示了MATLAB GUI界面处理高中物理实验的简便与直观。在课堂上，学生独立完成实验，利用MATLAB GUI界面检验实验的合理性与正确性，充分发挥学生的主观能动性。在今后的教学过程中，我会将所有高中物理实验以MATLAB GUI界面展示，提高课堂效率、提高学生学习兴趣。

【参考文献】

[1]高秀丽.基于支架式教学策略下的高中物理高效课堂[J].物理教学探讨，2014（32）：468

[2]孙晓国.浅谈高中物理实验教学存在的问题及对策[J].教育科学，2015（14）：120

[3]赵敏.浅析高中物理实验教学存在的问题与对策[J].高中数理化，2016（22）：32

【作者简介】

裴文娟（1988.8-），女，汉，甘肃会宁县，学士（本科），中学初级教师，研究方向：高中物理。