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物理软件课程设计教学指导06_07

第一篇：物理软件课程设计教学指导06_07物理软件课程设计教学指导一、教学目的及要求课程设计分为两部分内容，一部分为物理问题的计算机程序设计，另一部分为电子技术设计。在学生具有一定理论物理的基础和解析分析能力以及一定的实验物理的知识和技能的基础上，使学生掌握计算方法和计算机处理物理问题的初步能力。要求学生能把物理问题、计算方法和计算机语言结合在一起，以物理问题为主线索，能够设计出解决物理问题的计算方法、计算流程和上机实验程序，对上机结果能用物理知识进行一定分析和判断，为学生以后的深造和就业打好坚实的基础。通过电路设计，掌握《电子技术》课程的知识，并能够理论联系实际，综合应用所学知识。根据所给题目，设计出电路图并用电子板画出，分析电路原理，需要计算的部分给出计算过程。课程设计报告要求书写以下内容目的与功能硬件环境软件环境程序流程图及说明程序调试情况结论：本程序的优点、缺点、待改进之处。感想心得附件：源程序二、课程设计内容1.点电荷电力线的计算机模拟要求：设计程序,模拟两个点电荷产生的电力线，并在计算机屏幕上显示。原理：电场线总是起于正电荷而终于负电荷，不会在没有电荷处中断；电场线上每一点的切线方向都和该点的场强E方向一致．由于电场线在无电荷处是连续曲线，我们可以取足够多的弧形线元Δs拼接出电线场．当弧形线元Δs充分小时，就趋近于沿切线方向的直线段Δl．例如，已确定了电线场上的某点(x，y)的场强为E，在电场线上距此点为弧长Δs的下一点的坐标为(x+Δx，y+Δy)．当Δs取得足够小时，近似地有在计算过程中,可以将Δl取为定值h．当已知电场线上某点位置(x，y),由上式可得下一点的坐标为如此反复进行操作，就能画出从正电荷出发的一条电场线。设系数为1。即只要Q/r即可当然，还应考虑电场线的疏密和多条电场线的作图问题。22.波（或振动）的合成计算与模拟要求：设计程序,计算与模拟两列波的合成结果且在计算机屏幕上动态显示出来.要求可以根据需要调整两列波的频率、速度和振幅等参量。原理：给定两列波y1=a1*cos(w1*(t-x/v1)+f)+w11和y2=a2*cos(w2*(t+x/v2)+f)+w22使用计算机计算不同t时刻下的y=y1+y2,然后利用计算机作图使它在屏幕上显示出来。编程时，将显示器图形窗X，Y方向分别设置为质点坐标x和质点位移y坐标。注意作图之后图像的显示时间应当有一定的延迟。应当将两列波的频率、速度和振幅等参量设为变量，以便随时作出调整。驻波模拟时，将两列波方向设成相反方向，其他参量相同。对于振动合成而言，只需将以上波动方程变为振动方程,并将显示器图形窗X，Y方向分别设置为时间t和位移y坐标即可。而单个振动或波的模拟时，只需取一个方程即可。3.分子动力学模拟团簇内分子的热运动要求：学会数值求解运动方程的varlet方法；掌握分子动力学的基本思想并使用varlet方程编写分子动力学基本程序，模拟微小团簇内分子的热运动特性。原理：在一个孤立系统中，N个粒子给予初始位置，初始速度。由牛顿第二定律mdrit2dt2Friijij可以解出drit2dt2和rit，然后由verlet公式rin1rihvinn12mhFi2nvin1vih(Finn1Fi)/2mn（h为时间间隔）可以由n时刻求出n＋1时刻的位置和速度。两粒子间的势能可以采用Lennard-Jones(L-J)势：urij126durij114。由公式Fij可求出drijrijrij14Fx(rij)48(2)(xixj)rijFy(rij)48(2)(yiyj)rijrij8/214rij8/2Fz(rij)48(2)(zizj)rij14rij8/2其中是参量，rij是两粒子间距离。Fx(rij)Fy(rij)Fz(rij)分别表示第n时刻第i个粒子在x，y，z方向受到的合力。通过约化单位制＝1，＝1，m＝1，把以上三个公式代入varlet公式即可求出n时刻每个粒子的位置和速度。程序按以下步骤完成：1）指定运算条件的参数（如初始速度，粒子数，粒子坐标等）。2）体系初始化（即选定除始位置和速度）。3）计算作用于所有粒子上的力。4）解牛顿运动方程。这一步和上一步构成了模拟的核心。重复这两步直至我们计算体系的演化到指定的时间长度。5）中心循环完成后，计算并打印测定量的平均值，模拟结束。3’.氢原子的量子力学模型要求：通过计算机求解氢原子