mathematica在大學物理教學當中的應用

1、第二屆‘中國移動校訊通杯’全國中小學教師論文大賽1Mathematica在高中物理教學中的應用秦江川摘要：本文從高中物理實驗教學和課堂教學兩方面著手研究針對常用教學工具如Powerpoint制作的教學課件難以演示的一些典型實例，借助Mathematica的功能來實現。將Mathematica應用于一些物理實驗數據的處理和物理模型的模擬，可以使高中物理教學更加形象、生動，從而取得更加良好的教學效果；同時進一步推動基礎物理教學方法的現代化進

2、程。關鍵詞：Mathematica；演示；模擬；教學效果引言引言在目前中學物理的課堂教學中，教學課件尤其是Powerpoint的應用已經非常廣泛并且能夠取得比較好的教學效果，但是對于一些物理問題的最終結果不能給出形象的演示，基于此可以借助Mathematica強大的函數分析能力、圖象模擬能力，將其應用于多媒體教學當中，從而在高中物理課堂教學活動當中，能夠更生動形象地向學生表達出抽象的物理含義、詳細的物理過程。此外，在實驗教學當中，通過對

3、Mathematica軟件的應用，借助它強大的數據處理能力，能夠相對高精確度地對實驗數據作出處理，從而使得Mathematica在實驗教學當中作為教學輔助工具而得到廣泛的推廣和應用。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生們灌輸一些物理模型已顯得捉襟見肘了，而我們應用Mathematica和計算機多媒體的結合使用，充分彌補了這一不足。1Mathematica在課堂教學中對物理模型的模擬在課堂教學中對物理模型的模擬1.1粒

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

5、二屆‘中國移動校訊通杯’全國中小學教師論文大賽3ParametricPlot[Evaluate[x[t]y[t].f]t03PlotRange?AllFrame?True]應用程序，可得到質子在非勻強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線所產生的非勻強磁場中的運動軌跡?？梢?，借助Mathematica，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中，能夠更形象直觀地向學生講解物理過程。1.2

6、靜止點電荷系所產生的電場線的圖象描繪現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，對其適當選取坐標，三個點電荷在其坐標平面上的位置如圖1.3所示，其中一個點電荷q位于坐標原點，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，一般的教學軟件是難以將其圖象模擬出來的。對此，我們應用Mathematica來對其圖象作出模擬。因在xoy平面內，任一點的電場強

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