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Matlab作图在计算物理实验数据处理中的应用研究

目录

—、绪论1

i.i计算物理课程简介1

1.2Matlab功能简介3

1.3论文意义及结构3

二、物理问题计算结果的Matlab可视化5

2.1Matlab编程础5

2.2Matlab作图功能简述6

2.3用Matlab进行二维曲线作图7

2.4用Matlab进行空间曲线作图9

2.5用Matlab进行空间曲面作图10

2.6用图像显示函数imagesc说明图像显示11

三、Matlab作图在数值微分与数值积分中的应用14

3.1数值微分计算结果的Matlab作图14

3.2数值积分计算结果的Matlab作图18

3.3用等势线来表示带电环形的空间电势分布19

3.4本章小结20

四、Matlab作图在曲线拟合和解常微分方程中的应用21

4.1曲线拟合的Matlab作图21

4.2解常微分方程的Matlab作图25

4.3用打靶法求解静电势的分布27

4.4本章小结30

五、总结与展望30

5.1本文研究工作总结30

5.2对未来的展望31

—、绪论

1.1计算物理课程简介

计算机出现后，计算物理开始发展起来，它是一门崭新的学科。计算物理不

同于实验物理和理论物理。实验物理学从实验和观察的角度寻找物理规律，理论

物理学从规律和原理的角度建立数学方程。它用传统的方法求出解析解，并与实

验观测进行比较，以解释物理现象的预测和发展，指导实践。错误!未找到引用源。计算物

理学将三门学科结合，分别为：计算机学、数学、物理学，它有物理的特性，但并

不是简简单单的将其结合。计算物理学和数值分析的目标并不一样，它从物理问

题开始，然后得出物理结论。理论模型很难充分描述复杂的物理现象，实验物理

会遇到各种困难的问题，而计算物理学都能帽克服。计算物理学是物理学的一个

非常重要的分支，它与理论物理学和实验物理学密切相关，但又保持着相对的独立

性。在物理学研究中,计算物理学的地位无与伦比，因为它可以解决非常困难的问

题，成为物理学科的第三研究支柱（张伟杰，李红霞，2017）o从这些步骤可以

领悟到如果要给它下一个定义,计算物理学就是一门研究怎样使用数值计算的方

法分析可以量化的物理学问题的学科。计算物理学使用可行的数学计算方法与有

限的计算步数，利用计算机来操作和演算，从而取得相应的近似解。如何以更高速

度的计算机作为手段来解决掉有关于物理学中的计算问题,这便为其主要研究内

容（朱子轩，罗雪莉，2023）。

关于计算物理学的历史，在1980年初,计算物理学已在美国Harvard大学成为

一门课程。二十世纪八十年代中期以后，从中可推断其趋势在我国很多大学的物

理专业中出现了该门课程。二十一世纪初，“计算物理础〃成为大学本科必修

础课（朱皓翔，杜芷蕾，2021）。由于计算物理学是涉及物理学、计算机科学

与技术及计算方法的综合性课程，随着计算机性能的提升，加之计算物理学课程对

于训练学生思维、培养学生素质、扩展学生应用础物理知识解决具体实际问题

的思路等方面均有裨益,因此目前我国大学本科物理专业已经普遍开设了计算物

理学课程。目前经济发展和科学研究的现实要求学生不但要掌握础理论，而且

要求学生能解决物理应用和技术工程,配合不断强化的素质教育和创新能力培养

的新要求，本科学生在掌握了一定的专业础知识和高等数学知识后，这在某种程

度上表征通过学习类似于计算物理学这样的综合应用知识类课程,借助计算机来

解决一些单独用理论知识或实验方法都难以解决的问题，能在学习知识的同时享

受应用知识的快乐、掌握新方法的快乐及解决新问题的快乐，提升综合素质和创

新能力，并由此认识础知识的重要作用、加深对础知识的理解。因此,开设计

算物理学课程不失为一条素质教育的恰当途径（龚景轩，丁俊杰，2021）o

1.2Matlab功能简介

Matlab是将matrixl