Поиск по базе сайта:
Томский государственный университет физический факультет кафедра общей и экспериментальной физики icon

Томский государственный университет физический факультет кафедра общей и экспериментальной физики




Скачати 87.72 Kb.
НазваТомский государственный университет физический факультет кафедра общей и экспериментальной физики
Дата конвертації14.07.2013
Розмір87.72 Kb.
ТипЗадача



ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ



ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ



"УТВЕРЖДАЮ"


Декан физического факультета


________________Кузнецов В.М.


"____"_________________2005г.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

"ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ"




Томск - 2005


Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры общей и экспериментальной

физики


Зав. кафедрой общей и экспериментальной физики

профессор
^

В.П. Демкин




Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией физического факультета


Председатель методической комиссии

доцент
^

В.М. Вымятнин




I. Организационно-методический раздел


Курс предназначен для студентов IV курса физического факультета


Цель курса


Целью дисциплины является знакомство студентов с методами компьютерного моделирования и их применением в физических исследованиях и в образовании. Особое внимание уделяется практическому применению полученных знаний для разработки учебных компьютерных моделей.


Задача учебного курса


После изучения курса студент должен:

  • иметь представление о методах моделирования и их применении для изучения физических процессов.

  • иметь представление о применении методов моделирования в физическом образовании.


Требования к уровню освоения курса


Дипломированный специалист должен знать и уметь использовать:


  • методы моделирования для изучения простых физических процессов.

  • методы компьютерного моделирования для создания простых виртуальных демонстрационных опытов и лабораторных работ.




  1. ^ Содержание курса






Тема

Содержание

1

Введение. (2 ч.)


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

2

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


Экспериментальные потенциалы: отталкивание на малых расстояниях, поляризационное и кулоновское взаимодействие. Потенциалы Борна - Майера, Морза, Ленарда – Джонса.

Граничные условия: жёсткие, зеркальные, периодические, мягкие.

Масштабирование, единицы измерения.

3

^ Динамический метод. (8 ч.)


История. 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.

4

^ 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.

5

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

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


6

Интерфейс (4 ч.)

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





^ Примерная тематика лабораторных занятий



  1. Задача о фазовом переходе в магнетиках

  1. Частица в квантовой потенциальной яме (энергетический спектр)

  1. Динамический метод (задача Кеплера)

  1. Динамический метод (движение частицы в электромагнитном поле)

  1. Динамический метод (система двух взаимодействующих частиц)

  1. Метод Монте-Карло (датчик случайных чисел с равномерным распределением)

  1. Двумерное случайное блуждание частицы

  1. Метод Монте-Карло (гауссов датчик случайных чисел)

  1. Метод Монте-Карло (датчик случайных чисел с треугольным распределением)

  1. Метод Монте-Карло (датчик случайных чисел для моделирования дифракции)

  1. Метод Монте-Карло (распределение Максвелла по скоростям)

  1. Метод Метрополиса

  1. Вариационный метод (молекула с потенциалом Морза)

  1. Вариационный метод (ангармонические колебания)

  1. Моделирование сплошного спектра видимого света



^ Примерная тематика индивидуальных зачётных работ

Предполагается составление студентами одной из следующих программ (или других задач примерно аналогичной сложности).


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

        1. 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. Косой удар 2 движущихся шаров с разлётом

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

9. Свободные колебания пружинного маятника (динамический метод)

10. Задача Кеплера (планета со спутником вокруг Солнца)

11. Движение частицы в одномерном потенциальном поле

12. Колебания физического и математического маятника – свободные и затухающие

13. Фигуры Лиссажу



III. Распределение часов курса по темам и видам работ





^ Наименование тем

Всего часов

Аудиторные занятия (час)

Самостоятельная работа










в том числе













лекции

семинары

лабораторные занятия




1

Введение. (2 ч.)

2

2










2

Потенциалы взаимодействия и граничные условия. (4 ч.)

12

4




4

8

3

Динамический метод. (8 ч.)


28

8




20

10

4

Метод Монте-Карло. (8 ч.)

34

8




20

10

5

Вариационный (статический) метод. (4 ч.)

16

4




8

4

6

Интерфейс (4 ч.)

12

4




8

4




ИТОГО

126

30




60

36



IV. Форма итогового контроля

Экзамен.


V. Учебно-методическое обеспечение курса


Рекомендуемая 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.


Авторы (составители):

Толстик Александр Михайлович, доцент кафедры общей и экспериментальной физики.



Схожі:




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