Поиск по базе сайта:
Протокол № от \" \" 2000 г. Цель курса Программа предназначена для студентов IV курса физического факультета icon

Протокол № от " " 2000 г. Цель курса Программа предназначена для студентов IV курса физического факультета




Скачати 54.44 Kb.
НазваПротокол № от " " 2000 г. Цель курса Программа предназначена для студентов IV курса физического факультета
Дата конвертації12.02.2013
Розмір54.44 Kb.
ТипПротокол



ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ



ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ



"УТВЕРЖДАЮ"


Декан физического факультета


________________Кузнецов В.М.


"____"_________________2000г.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА

"ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ "



(специальность физика - 010400)


Томск - 2000


Программа обсуждена на заседании кафедры общей и экспериментальной физики


Зав. кафедрой общей и экспериментальной физики

профессор
^

В. П. Демкин




Одобрено методической комиссией физического факультета


Председатель методической комиссии

доцент

В.М. Вымятнин




Рассмотрено и одобрено Ученым советом физического факультета


Протокол № от "____"______________________2000 г.


^ Цель курса


Программа предназначена для студентов IV курса физического факультета

После изучения курса студент должен:


  • иметь представление об основных методах машинного моделирования в физике;

  • владеть навыками разработки простых компьютерных моделей в физике.


Требования к разделам программы определяются государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования к уровню подготовки выпускника по специальности 010400-физика.


Курс рассчитан на один семестр.


^ Объем курса


Семестр

Лекции

Практика

Лекции

Практика

8

36

36

зачет

Контр. задания



^ Аннотация курса


Компьютерное моделирование в физике возникло в конце 50-х – начале 60-х годов: практически одновременно появились работы по динамическому, статическому методам и методу Монте-Карло. Методы моделирования широко применяются в разных разделах физики: физике твёрдого тела, жидкости, плазмы, они используются при изучении фазовых переходов, поверхностных явлений, дефектов кристаллического строения твёрдых тел, распространения упругих и электромагнитных волн, для создания новых материалов и т.д. В итоге наряду с теоретической и экспериментальной физикой возникла и развилась вычислительная физика.

В настоящее время массовое появление дешёвых микрокомпьютеров с большим быстродействием и памятью, развитие на этой основе машинной графики и мультипликации привело к широкому внедрению методов вычислительной физики в сферу образования, где они применяются, главным образом, для создания разных видов учебного компьютерного эксперимента: демонстраций, учебных игр, компьютерных лабораторных работ. Поэтому знакомство с основными методами машинного моделирования необходимо как для будущих исследователей, так и для студентов, которые будут работать в сфере образования.

Целью настоящего односеместрового курса является знакомство студентов с основными методами машинного моделирования и их применением в физической науке и образовании.


^

ПРОГРАММА КУРСА





  1. Введение. (2 ч.)

История применения ЭВМ в физике: вычисления, управление экспериментом, имитация и моделирование. Вычислительная физика.


  1. Немного о Visual Basic (напоминание). . (4 ч.)

Объектно-ориентированные языки. События и отклик на них. Кнопки. Мультипликация, применение таймера



  1. ^ Потенциалы взаимодействия и граничные условия. (4 ч.)

Экспериментальные потенциалы: отталкивание на малых расстояниях, поляризационное взаимодействие, кулон, ковалентное взаимодействие. Методы расчёта потенциалов взаимодействия. Потенциалы Борна - Майера, Морза, Ленарда – Джонса, кулоновский потенциал.

Граничные условия: жёсткие, зеркальные, периодические, мягкие, применение всех типов граничных условий.

Масштабирование, единицы измерения


  1. ^ Динамический метод. (10 ч.)

История. Технология: методы Эйлера и Рунге - Кутта, неустойчивость решений. Твёрдые шары (или диски) и потенциалы взаимодействия. Разные граничные условия. Число частиц в модели. Применение к газам. Применение к твёрдому телу. Применение к жидкостям, жидкие металлы. Применение к плазме. Применение к изучению фазовых переходов. Применение к изучению поверхностных явлений. Динамический метод для квантовых систем. Применение к созданию компьютерных лабораторных работ и демонстраций.


  1. ^ Метод Монте-Карло. (8 ч.)

Простые варианты метода: вычисление кратных интегралов и т.п. Датчики случайных чисел: равномерное распределение, гауссово распределение и т.д. Макроскопические системы. Марковские процессы. Метод Метрополиса. Применения этого метода в молекулярной физике: физике твёрдого тела, жидкости и плазмы, применение к изучению поверхностных явлений. Метод Монте-Карло в квантовой физике. Применение к созданию компьютерных лабораторных работ и демонстраций.


  1. ^ Вариационный (статический) метод. (4 ч.)

Сущность вариационного метода. Метасабильные состояния. Применение к изучению физики дефектов в металлах и диэлектриках, сверхпроводников, сегнетоэлектриков.


  1. ^ Интерфейс и всё такое. (4 ч.)

Мультимедийные возможности. Графика. Гистограммы. Цвета. Психологические особенности.


Практические занятия (по 2 часа).


  1. Знакомство с Visual Basic (особенно мультипликация)

  2. Знакомство с Visual Basic (особенно мультипликация)

  3. Полуэмпирические потенциалы взаимодействия.

  4. Граничные условия.

  5. Динамический метод.

  6. Динамический метод.

  7. Динамический метод.

  8. Метод Монте-Карло.

  9. Метод Монте-Карло.

  10. Метод Монте-Карло.

  11. Вариационный метод.

  12. Компьютерные лабораторные работы.

  13. Компьютерные лабораторные работы.

  14. Лекционные демонстрации.

  15. Лекционные демонстрации.

  16. Работа с цветом.



Зачётные задания.


Для зачёта предполагается составление студентами одной из следующих программ (или других задач примерно аналогичной сложности).


  1. Упорядочение «атомов» в двумерном кристалле (без учёта корреляции).

  2. То же с ферромагнетиком.

  3. Двумерное случайное блуждание (метод Монте-Карло) в силовом поле.

  4. Дифракция электронов или фотонов на щели или решётке.

  5. Распределить скорости молекул по Максвеллу.

  6. Опыт Милликена по измерению элементарного заряда.

  7. Фигуры Лиссажу.

  8. Колебания физического и математического маятника – свободные и затухающие.

  9. Движение частицы в одномерном потенциальном поле.

  10. Задача Кеплера (планета со спутником вокруг Солнца).

  11. Свободные колебания пружинного маятника (динамический метод).

  12. Идеальный газ (столкновения только со стенками, диффузия в пространстве скоростей).

  13. Косой удар 2 движущихся шаров с разлётом.



Литература





  1. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. В 2 частях. – М.: Мир. –1990.

  2. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках БЕЙСИК, ФОРТРАН, ПАСКАЛЬ. – Томск: МП «Раско». – 1992. – 272 с.

  3. Методы Монте-Карло в статистической физике. – Под ред. К. Биндера. – М.: Мир. – 1982. – 400 с.




Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації