mathematica在大學(xué)物理教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用

1、第二屆‘中國移動校訊通杯’全國中小學(xué)教師論文大賽1Mathematica在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用秦江川摘要：本文從高中物理實驗教學(xué)和課堂教學(xué)兩方面著手研究針對常用教學(xué)工具如Powerpoint制作的教學(xué)課件難以演示的一些典型實例，借助Mathematica的功能來實現(xiàn)。將Mathematica應(yīng)用于一些物理實驗數(shù)據(jù)的處理和物理模型的模擬，可以使高中物理教學(xué)更加形象、生動，從而取得更加良好的教學(xué)效果；同時進(jìn)一步推動基礎(chǔ)物理教學(xué)方法的現(xiàn)代化進(jìn)

2、程。關(guān)鍵詞：Mathematica；演示；模擬；教學(xué)效果引言引言在目前中學(xué)物理的課堂教學(xué)中，教學(xué)課件尤其是Powerpoint的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛并且能夠取得比較好的教學(xué)效果，但是對于一些物理問題的最終結(jié)果不能給出形象的演示，基于此可以借助Mathematica強(qiáng)大的函數(shù)分析能力、圖象模擬能力，將其應(yīng)用于多媒體教學(xué)當(dāng)中，從而在高中物理課堂教學(xué)活動當(dāng)中，能夠更生動形象地向?qū)W生表達(dá)出抽象的物理含義、詳細(xì)的物理過程。此外，在實驗教學(xué)當(dāng)中，通過對

3、Mathematica軟件的應(yīng)用，借助它強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠相對高精確度地對實驗數(shù)據(jù)作出處理，從而使得Mathematica在實驗教學(xué)當(dāng)中作為教學(xué)輔助工具而得到廣泛的推廣和應(yīng)用。在科技高速發(fā)展的今天，教師僅憑借講解和板書的方式來給學(xué)生們灌輸一些物理模型已顯得捉襟見肘了，而我們應(yīng)用Mathematica和計算機(jī)多媒體的結(jié)合使用，充分彌補了這一不足。1Mathematica在課堂教學(xué)中對物理模型的模擬在課堂教學(xué)中對物理模型的模擬1.1粒

4、子在非勻強(qiáng)磁場中運動軌跡的描繪一根豎直放置的無限長載流直導(dǎo)線，使其通過Ｉ＝0.5Ａ電流，其方向向上。現(xiàn)有一質(zhì)子在距離其載流導(dǎo)線＝10m處沿平行于載流直導(dǎo)線的方向向上以初0r速的速度開始運動。smv1000?對于質(zhì)子在非勻強(qiáng)磁場中的運動軌跡，傳統(tǒng)教學(xué)中我們只能靠想象來描繪，而應(yīng)用Mathematica的圖象模擬功能，我們可以化抽象思維為形象思維，形象地展示出質(zhì)子的運動軌跡。首先根據(jù)題意，取載流導(dǎo)線與的交點為坐標(biāo)原點，建立坐標(biāo)系（如圖0r第

5、二屆‘中國移動校訊通杯’全國中小學(xué)教師論文大賽3ParametricPlot[Evaluate[x[t]y[t].f]t03PlotRange?AllFrame?True]應(yīng)用程序，可得到質(zhì)子在非勻強(qiáng)磁場中的運動軌跡圖形，如圖1.2所示。此圖形象地演示出了粒子在無限載流直導(dǎo)線所產(chǎn)生的非勻強(qiáng)磁場中的運動軌跡?？梢姡柚鶰athematica，可以直觀形象地給出粒子的運動情況，將其運用于課堂教學(xué)中，能夠更形象直觀地向?qū)W生講解物理過程。1.2

6、靜止點電荷系所產(chǎn)生的電場線的圖象描繪現(xiàn)有三個點電荷所組成的靜止點電荷系統(tǒng)。三個點電荷所帶的電量分別為q、q、2q，對其適當(dāng)選取坐標(biāo)，三個點電荷在其坐標(biāo)平面上的位置如圖1.3所示，其中一個點電荷q位于坐標(biāo)原點，另一個點電荷q位于y軸上的a點處，最后一個點電荷＋2q位于y軸的a點處。對于點電荷系周圍的電場分布情況，一般的教學(xué)軟件是難以將其圖象模擬出來的。對此，我們應(yīng)用Mathematica來對其圖象作出模擬。因在xoy平面內(nèi)，任一點的電場強(qiáng)

7、度為:????ixayqxxyqxxayqxyxE????????????????????232202322023220)(4)(4)(42)(??????jxayayqxyqyxayayq?????????????????????232202322023220])[(4)()(4])[(4)(2??????其中任意一條電場線應(yīng)滿足：（1.4）)()(yxEyxEdxdyxy?求解（1.4）式可得：（1.5）Cxayayxyyxayay