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Matlab可视化在大学物理演示实验中的应用 　　摘 要 利用Matlab的GUI功能在可视化图形处理和科学计算方面的能力，我们设计了物理实验的牛顿环的光学仿真模拟，从模拟效果来看，实验仿真非常生动，同时也可以进行模拟测量，达到了预想的效果。 　　关键词 Matlab 可视化 光学仿真 牛顿环 　　中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.07.022 　　Abstract Using the GUI function of MATLAB in visual processing and scientific computing ability， we designed physics experiment of Newtons ring optical simulation simulation， from the point of view of simulation results and experimental simulation very vivid. At the same time， it can simulate measurement， to achieve the desired effect. 　　Key words Matlab； visualization； optical simulation； Newtons ring 　　Matlab是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的简称，是美国Math Works公司出版的商业数学软件，不仅具有数据分析、科学计算和图像处理等功能，还具有交互式图形用户界面等功能，Matlab语法简单方便，数值计算高效，图形功能完备，所以matlab在物理现象演示、作图、数据处理优化和模拟仿真方面应用非常广泛。① 　　本文基于Matlab GUI②设计，通过牛顿环、声速测量、迈克尔逊干涉仪的模拟和具体实例分析，从而了解Matlab可视化在大学物理中的演示应用，及数据处理过程。③通过数字化模拟演示，生成动态图像，完成数据测量及数据处理分析，并扩展了实验的观察项目，达到明晰原理，提高观察效果，分析误差成因等更好的教学效果。鉴于物理设备和光学实验的操作规范性强等原因，实物操作实验存在原理清晰度不够、观察吃力、测量误差大等不足。而Matlab可视化演示能在实物实验的基础上提供更加理论的补充，能在设备不变操作时辅助课堂教学，能在对比实验中寻求误差原因等等，从而促进大学物理的教学。目前我们已近积累了相关演示项目近30余项，也为目前全国推进的慕课和微课作好了资源储备。下面是我们可视化的两个具体项目。 　　1 牛顿环Matlab可视化演示项目 　　1.1 牛顿环干涉原理 　　牛顿环是通过可见光的等厚干涉而得到的一系列同心圆环，通过测量干涉圆环的直径，我们可以间接测量半凸透镜的曲率半径。牛顿环实验光路图如图1所示。 　　我们在实际测量过程中，为了提高测量精度，都是测量圆环的直径。通过测量级和级暗环的直径，得到半凸透镜的曲率半径为⑤ 　　1.2 牛顿环的Matlab模拟 　　牛顿环干涉的光强分布为⑥ 　　可由（1）式可得到： 　　我们利用Matlab计算牛顿环的光强分布，应用GUI的图形化处理功能和交互式用户界面，得到如图2的牛顿环演示实验界面，界面的左边为实验原理装置部分，右边为干涉图像。测量控件的光强回调函数如下： 　　lamda=str2double（get（handles.lamda，string））； 　　R=str2double（get（handles.R，string））； 　　d=str2double（get（handles.d，string））； 　　lamda=get（hObject，Value）； 　　set（handles.lamda，String，num2str（lamda））； 　　lamda=lamda*1e-7； 　　d=d*1e-7； 　　lamda1=lamda*1e9； 　　set（handles.text2，string，lamda1）； 　　[x，y]=meshgrid（linspace（-0.006，0.006，600））； 　　r2=（x.^2+y.^2）； 　　di=2.*（d-（R-sqrt（R^2-r2）））-lamda/2； %光程差 　　I=（cos（di.*pi/lamda））.^2； %光强分布 　　axes（handles.axes2）； 　　imshow（I）； 　　在交互式部分，我们可以通过滑条改变入射光的波长，半凸透镜的半径，以及半凸透镜与平板玻璃底部的距离，观察干涉条纹的变化，从而了