基于MATLAB的大学物理可视化研究

张玲++李隆++梁良++郝劲波++昝会萍

摘要：针对大学物理中经典模型过程、解析解的抽象、难以理解，利用MATLAB将其进行数值模拟以及可视化展示，本文以电偶极子、牛顿环为例，完成了电偶极子远点的电势和电场强度分布图以及牛顿环条纹的动画演示，使其结果一目了然，为大学物理课堂提供更生动的素材。

关键词：电偶极子；电势；电场强度；MATLAB；可视化

中图分类号：O411.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0083-03

物理学是一门严格的、精密的基础学科，涵盖了从微观到宇观的整个自然界的经典物理模型。要求学习者具有较强的抽象思维能力，相对来说这是一门比较难学的课程[1]。但它的基本概念、基本理论与实验方法向其他学科的渗透，总是能促成该学科或技术领域发生革命性变化或里程碑式的进步；因此，物理是学好各自然科学和工程技术科学的基础，传统的物理课堂要对理想物理模型进行严格的分析、建立精确的数学模型并求出精确的解析解，学生普遍反映内容理论性太强，概念抽象，计算过程复杂，得到的结果难以理解。抽象的模型、缜密的分析，严格的建模、计算，一个解析的字母表达式结果确实很难吸引学生的学习兴趣。MATLAB代表了当今世界科学计算软件的最先进水平[2]，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，已经在很多专业学科有广泛的应用。利用MATLAB将物理模型的最终解通过数值模拟做可视化展示，可以让学生看到更直观、明晰区域分布，大大提高学生的学习兴趣，是传统学科与先进计算技术的完美结合。本文选取等量异号电偶极子电势、场强分布的空间分布和光的牛頓环的动画模拟。

1 电偶极子

1.1 基本题设