《MATLAB 8.X程序设计及典型应用》课件第8章.ppt

第8章MATLAB的典型应用

8.1MATLAB在大学物理教学过程中的应用

8.2MATLAB在数字信号处理中的应用

8.3MATLAB在控制系统中的应用

8.4MATLAB在通信原理中的应用

8.1MATLAB在大学物理教学过程中的应用

创建物理模型、进行科学计算是大学物理教学中经常遇到

的问题，并且在大学物理学中占有非常重要的地位，而

MATLAB在这方面具有独特的优势。因此，利用MATLAB这

一先进的科学计算语言来辅助大学物理学的教学工作必将大大

提高教学效率。让大学物理学专业及相关专业的学生在低年级

阶段就初步掌握这门科学计算语言，并在整个专业课学习过程

中不断反复使用是完全必要和可行的。

8.1.1实验数据处理的MATLAB实现

【例8-1】某同学在做平抛运动时测得一组实验数据如下

(x：水平方向位移；y：竖直方向位移)：

编写文件名为exm8_1的脚本文件：

图8.1平抛运动实验数据处理实例

【例8-2】(续例8-1)MATLAB曲线拟合工具窗口使用实

例。

在指令窗中运行cftool，即可调出曲线拟合工具窗口。

MATLAB7.X和MATLAB8.X在窗口显示上有很大区别，如图

8.2所示。

图8.2曲线拟合工具窗口

图8.3被分割后的拟合曲线工具窗口

图8.4导入数据窗口

图8.5平抛运动的二次多项式拟合曲线及其残差曲线

图8.6曲线拟合方法的设置及其拟合结果

图8.7MATALB8.X版本的数据运行结果

【例8-3】12小时内，每小时测量一次室外的温度，温度

依次为5，8，9，15，25，29，31，30，22，25，27，24。试

估算在3.5，6.5，7.1，11.7小时的温度值。

建模：12小时内测量温度结果认为是准确有效，此时计算

这12小时内任意非测量时间点上的温度便是一个插值问题，且

为一维插值。一维插值可通过调用指令interp1()来实现。在插

值方法选择上，用户通过在给插值指令输入相应的字符串来实

现，具体有线性插值(linear)、立方插值(cubic)、最近点插值

(nearest)和样条插值(spline)。用户选择不同的插值方法，计算

出的结果会有微小差异。本程序采用两种插值方法：线性插值

和样条插值。用户可以通过插值结果来分析不同插值方法的插

值效果。

图8.8不同插值方法估值实例

8.1.2静电场和稳恒磁场的MATLAB实现

【例8-4】带电粒子在均匀电磁场中运动轨迹的MATLAB

实现。

图8.9带电粒子在电磁场中的运动轨迹

图8.10空间电场中电势(左图)及其等位线和电场分布(右图)

r

要求n小段电流在r处产生的磁感应强度，则有

rrr

ijk

nrnInrrr

0

B3lxilyilziBxiiByijBzik

i1i14πri1

rxiryirzi

在指令窗中运行该文件：

exm8_6

请输入螺旋管的匝数n=?3，执行结果如图8.11所示。图中

的“*”号表示线圈与截面的交点。

图8.11n=3时，通电螺线管周围的磁场分布图

图8.12单匝线圈周围磁场分布图

8.1.3振动与波的MATLAB实现

【例8-7】李萨如图形的MATLAB实现。

图8.13李萨如图的MATLAB实现实例

图8.14横波的传输

建模：描述两反向传播的同频机械波方程，x轴负方向和

正方向传播的波方程分别为：

设两波源间距为4，利用机械波叠加原理编写其合成波形。

图8.15某时刻介质中驻波的形成过程(箭头为单列行波的传播方向)

8.1.4光学的MATLAB实现

【例8-9】单色光和准单色光杨氏双缝干涉的MATLAB实

现。

建模：杨氏双缝干涉实验是利用分波阵面法获得相干光束

的典型例子，如图8.16所示。

图8.16杨氏双缝干涉示意图

图8.17杨氏双缝干涉的MATLAB实现

图8.18单缝夫琅禾费衍射示意图

图8.19白光单缝衍射的MATLAB实现

图8.20白光圆孔衍射的MATLAB实现

8.2MATLAB在数字信号