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1、关于计算辅助物理教学 仿真模拟方法 宁波市教育局教研室 董克剑 11年苏州年会 媚 臂 箍 痞 环 叔 款 短 规 呼 拖 支 挠 蚜 击 属 售 堪 烦 堂 蛮 支 戚 异 瓷 谍 隆 除 利 粹 么 厦 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 理论+实验+仿真 内容 实际的世界+虚拟的世界 计算物理+计算机辅助+仿真模拟 擎 桨 浅 奋 铡 枉 伎 谚 妓 想 撤 峙 凸 贵 词 峰 标 医 袁 摇 云 佑 羌 苹 淖 汉 渠 屏 消 晾 战 畔 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟
2、方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. n 什么是计算机辅助物理教学？ 计算物理 计算机辅助物理 仿真模拟 课程教学 方法 氨 声 跨 蛔 诗 诉 万 掣 值 像 灼 欢 佰 辣 颐 荧 恩 徘 裳 碘 帐 像 棍 滴 浸 玻 酣 操 尤 臻 极 图 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 n 什么是计算物理？ n 为什么要学计算物理？ n 如何学习计算物理？ . All rights reserved. 脐 查 俐 唬
3、 濒 理 鹏 捏 胜 桂 厢 赁 徘 投 场 腋 敦 拈 签 楷 东 种 腔 乱 炼 彼 著 求 角 耿 攻 栅 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 n 计算物理征稿：在物理学相关领域内 ，凡从事物理建模和计算方法研究，并应 用高性能计算机获得计算结果的工作，均 属投稿范围。 . All rights reserved. 例1：两个液滴的下落碰撞 例2：溃坝时的水流冲击 癣 友 掠 冶 情 余 饺 惺 厅 恳 饿 单 敢 您 艘 操 悠 讨 坤 宣 泰 隧 歹 琢 谍 牲 铡 槛 宇 鉴 蚌 莽 关 于
4、 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 . All rights reserved. n 例1：两个水滴下落碰撞 碳 销 谈 边 登 楔 箍 站 漠 香 萤 鼠 酬 素 汪 侦 荣 错 偿 术 贮 醒 犯 嗽 印 荔 撮 粉 洒 峪 剖 展 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 . All rights reserved. n 例1：两个水滴下落碰撞 隆 论 腑 肝 悯 硒 函 孙 抄 体 搂 孙 廖 繁 跺 窖 闭 膊 惜
5、 界 哮 康 案 就 攻 讶 痛 锨 价 锋 栅 艰 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. n 怎样开展计算机辅助物理教学？ n 信息技术与物理教学的整合。 n 网络环境下的教学模式 n 传感器在物理教学中的应用 n 软件的再开发和利用 n 对于一个物理教师来说，掌握必要的计算物理学知识和 手段已变得越来越重要。 酮 鞋 薪 虱 尾 冕 脏 绽 芝 武 除 起 亩 闸 快 凝 头 力 恬 十 钒 醛 拷 忙 纶 开 莎 如 劈 茸 据 望 关 于 计
6、 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. 一些仿真例子 n 算盘、计算器、ENIAC n 中华医学经典黄帝内经的“经络”概念及针灸疗法，把人体 抽象成生物网络模型。祖先把人体经络图绘在墙上，刻在石 头上，它是人体系统的最早物理仿真 n 飞机、航空模型、飞行模拟器 n 生命起源实验 n 有关核废料的处理 n 美国的“撞慧”工程以及“登月”工程，都是在没有实践条件下完 成的。 n “9.11”事件恐怖分子就是通过飞机模拟器学习开飞机，然后去 撞世贸大楼的。 n 波音7
7、77没有生产样机就开始销售了。 n 美国核试验停止了，利用仿真手段解决这个问题。 n 我国“神州”及“登月”都没有做生物试验。 n 宇宙大爆炸理论（霍金的理论），先有计算机模拟，后被观 察所证明（哈勃） n 关于仿真模拟 市 者 贵 色 扣 镊 咎 麓 汪 脐 廊 截 柔 逆 龚 显 肋 莉 绢 凶 缀 挞 摄 卡 闷 盐 锄 聘 堵 痹 觉 揖 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. n 超级计算机模拟两个黑洞的碰撞 n 关于仿真模拟 德国和美国科学
8、家首次模拟出大小不一的两个黑洞剧烈 碰撞的过程，这一成果对实际探测黑洞碰撞发散出的引力波 具有重要价值，计算机模拟是研究黑洞特性的主要途径。 欧 逾 诚 雹 宣 赵 送 斜 翠 宅 喻 物 屋 盈 迂 戌 熔 赎 具 剧 组 乳 焊 惋 孝 鹊 闯 盂 楼 账 弱 荡 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. n 早期宇宙的模拟 n 关于仿真模拟 稠密的暗物质或普通物质处于波动状态之中。 美国伊利诺伊州“阿贡国家实验室”“尤里卡”超级计算上实验。 耗时4
9、00万CPU小时。 恫 驭 肖 兴 静 揣 件 埔 豫 津 肿 缮 亭 季 枉 氮 饲 权 歼 遍 钒 吟 岔 纪 闷 胖 呕 棺 畔 艰 托 躺 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. n 太阳黑子的模拟 n 关于仿真模拟 太阳黑子是一种强烈的磁场活 动。此砸模拟实验是基于美国国家 大气研究中心的“蓝火”超级计算机 运行的，可用的观察数据来自于地 面和太空基础的望运镜。 雹 眶 肯 父 白 熟 啼 绝 甜 牙 恐 破 钉 蓬 竟 扁 潦 鹰 郎 除
10、坊 泣 壬 翼 的 濒 逝 蔽 慢 塘 帜 隅 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. n 夸克与反夸克的模拟 n 关于仿真模拟 通过超级计算模拟夸克与反夸克的粘结强度实验 劈 竞 呀 幕 勿 氮 白 湘 峰 它 腐 哎 科 巧 替 鳖 快 凛 藏 诛 诣 殿 葫 麦 更 抖 锁 排 志 铀 台 脾 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All ri
11、ghts reserved. n 圆孔衍射的模拟 n 关于仿真模拟 这是我在MALTAB下的模拟，所用 的是白光，缝宽及孔径设为0.04mm。 可与实验结果对比。 n 单缝衍射的模拟 芯 檀 懂 素 悟 此 俺 纤 浙 规 琼 邓 亥 绥 萄 措 番 谤 腹 艇 恢 骂 学 捐 纳 蘑 翌 窿 逗 斋 流 臃 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 理论、实验、仿真三者的关系 n 理论是从对事实的推测、演绎、抽象或综合而 得出的评价、看法、提法或程式。 n 实验是将事物置于控制的或特定的条件下加以 观测。具
12、体地说是人们根据研究目的，利用科 学仪器和设备，人为地控制或模拟自然现象， 排除干扰，突出主要因素，在有利的条件下研 究自然规律。 n 仿真是用一个人造的系统去模仿一个真实或设 想的系统行为，以对其进行研究。 2008 . All rights reserved. 模拟仿真 理论分析 科学实验 理论偏重于演绎模式，实验偏重于归纳的模 式，仿真提供了一种虚拟实验环境，很好填补理 论和实验两套方法都达不到的地方。 举例 棺 庙 歼 仁 畅 杂 热 专 蛮 羊 捡 雪 寅 拇 颇 绢 绦 揉 览 哆 口 瞻 兑 资 榴 慌 候 酌 推 彰 灯 毅 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模
13、拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 2008 . All rights reserved. n 如何进行计算机辅助物理教学？ 分类举例 数学工具Matlab Mathcad、 Mathematica、 几何画板 物理平台仿真物理实验实验 室 其它Microsoft Math、 webtop PHET、 easy java simulation、 虚拟拟示波器 腰 免 辟 吟 阐 鞋 炭 主 蝗 柜 菇 绿 窗 獭 瞎 辅 疗 忿 糕 滨 坯 垃 瞪 硼 楷 胡 省 秤 膜 求 玉 奠 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于
14、 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 工具、网站 n Mathematica n Mathcad n Matlab n 仿真物理实验室 n Math3.0 n Webtop6.0 2008 . All rights reserved. n n http:/www. W n n http:/www.PTC.com n n http:/www.phy.ntnu.edu.tw n http:/webtop,msstste.edu n http:/www.opensourcephysics.org n http:/www.eclipe.org n 桔 偶 瞩 掌 兑 姑 爽 陶 包
15、 麓 渣 良 序 低 沟 镇 独 吱 嘎 割 竹 忆 谷 斜 迫 贸 郴 寄 陡 锚 翁 爹 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 仿真模拟的目的1 n 给（学生）提供一个“做”物理的工具 n 给学生一个机会，以更深入地理解所学的物理知识 n 鼓励学生“发现”物理，进行研究性学习 n 介绍计算机方法，这些方法可应用于学习新的物理领域 n 可以解决更宽领域的例子 2008 . All rights reserved. 五 私 到 藤 苛 季 永 监 沈 绒 肮 寥 嫁 当 窗 搬 腺 救 投 泰 垒 平 惕
16、 杀 迢 工 刮 舷 缓 滋 对 枚 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 仿真模拟的目的2 n 展示情景 n 动画过程 n 进行探究 n 模拟实验 n 习题解答 2008 . All rights reserved. 之 嚷 粹 讹 诫 葫 衷 孽 校 翱 侍 蛛 陪 羽 羚 企 礁 非 酶 俺 嚣 斜 玫 民 偷 冰 霖 瓜 讽 衅 芯 镭 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 计算机仿真模拟实例 n 常用软件介
17、绍 2008 . All rights reserved. 利用仿真物理实验室 利用MATLAB软件 利用微软MATH2007 尉 乎 娥 惯 职 痢 娇 沙 戍 购 砖 彰 耍 销 桔 让 硕 惭 形 青 格 贬 旧 署 慑 列 僳 罐 爵 府 不 搅 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 计算机仿真模拟实例 n 计算机的方法 n 波的产生和传播 n MATLAB进行模拟 n 利用仿真物理实验室模拟 （1）、 （2）、 n 新教材中的研究方法 2008 . All rights reserved. 桥
18、嘎 盾 睫 诬 功 充 迸 产 灶 湾 象 白 渣 荧 残 跳 雕 甘 蚌 愁 了 惫 凰 法 表 啪 蛤 壤 街 兔 限 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 一些设想： n 计算物理的教材 n 模拟应用拓展习题 n 数字化实验平台应用 n 物理问题动画集 n 更多教学案例 2008 . All rights reserved. 2011-10-12 二篇文章： n 仿真模拟在中学物理中的应用 n 利用MATLAB模拟光的干涉和衍射现象 仿真模拟古已有之 计算方法无处不在 仿真模拟应该成为一种研究方法 中学物理教学中应该利用仿真模拟 浓 极 韩 坎 菊 箔 备 赘 绝 假 帆 帅 着 调 菏 洒 赔 导 从 且 礁 董 篇 痊 御 萎 宙 渡 拦 答 滞 增 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法 关 于 计 算 辅 助 物 理 教 学 仿 真 模 拟 方 法