第一章 绪论及计算物理课程相关背景介绍

1、计算物理计算物理阜阳师范学院物理与电子科学学院 李季2011年9月Email: 一、课程描述 计算物理是用数值方法求解典型物理问题的一门实用性专业基础课程。该课程使学生掌握线性代数、常微分方程、逼近与插值、非线性方程组等常见计算问题的通用数值解法和编程技巧。本课程结合典型物理问题，有选择地介绍若干主要数值方法（如变分法、有限元方法、多重散射方法、密度泛函方法、蒙特卡罗模拟方法和分子动力学方法等）和软件应用，并结合计算机技术适当介绍计算科学的进展，为学生进一步从事有关的科学和技术研究，以及数值计算方法和软件研发打下基础。二、主要内容二、主要内容计算机资源与计算程序基础串行计算概念，并行计算概念，

2、高级算法语言结构，数学软件包（Mathematica，或Matlab，Origin）等 4基本数值计算方法线性代数的数值解法，矩阵特征值问题，常微分方程的数值解法，逼近与插值，数值积分，非线性方程组的数值解法等 14物理问题的数值计算与模拟简单物理方程的数值求解，电磁学问题，量子多体问题，统计物理和复杂系统问题，碰撞/散射和吸收问题等 8数值计算概念性方案几种主要数值计算方案选择介绍 6依据“ 高等学校物理学本科指导性专业规范”中对计算物理基础的叙述三.开课背景介绍1.科学研究手段的发展实验伽利略等计算机在实验物理中的应用 （在线分析和离线分析）理论拉普拉斯等普朗克等计算机在理论物理中的应用（

3、符号计算，数值计算,仿真）计算一种新的研究手段非线性科学复杂系统2.国内开课情况 1998年教育部物理学与天文学教学指导委员会年教育部物理学与天文学教学指导委员会专业物理与应用物理教学指导组建议研究生专业物理与应用物理教学指导组建议研究生8门基础课之一门基础课之一 2004年教育部物理学与天文学教学指导委员会年教育部物理学与天文学教学指导委员会建议本科生开设建议本科生开设“计算物理基础计算物理基础” 2010年，教育部出台高等学校物理学本科指导年，教育部出台高等学校物理学本科指导性专业规范，将计算物理基础列入必修课。性专业规范，将计算物理基础列入必修课。 3.国外开课情况 2006年9月4日网

4、上搜索computational physics结果： A : 2447 google :54,500,000 google scholar : 872000 2007年9月11日搜索computational physics结果： google :216,000,000 2011年9月5日搜索computational physics结果： google : 11,700,000 条结果条结果 4.今后用途 从事科学研究从事科学研究的条件：实验理论计算 从事教学做课件 工具 毕业论文科学计算问题的数值解, 科学计算结果的可视化数据处理，作图5.学习与考核 学习方法学习方法 多练习,勤上机;

5、多动脑,找课题; 考核方法考核方法 平时(作业,课题) 报告(互评),论文(争取发表) 期末考第一章 绪论本章内容： 科学计算在科学研究中的意义； 实验物理、理论物理、计算物理三种研究物理学手段的特点； 串行计算概念，并行计算概念；高级算法语言结构； 学习计算物理的意义。 介绍MATLAB的界面和各种功能；重点介绍命令窗口的使用和MATLAB帮助。用拍现象和调制技术举例介绍用MATLAB模拟物理现象和物理过程。一、初识Matlab1.Matlab的五个特点2.Matlab的界面1.Matlab的五个特点 特点一: 起点高 特点二: 人机界面适合科技人员 特点三: 强大而简易的作图功能 特点四:

6、 智能化程度高 特点五: 功能丰富,可扩展性强2.Matlab的界面 命令窗口 图形窗口 文本编辑窗口1.命令窗口命令窗口(command window) 版本演变版本演变 2000年，年，MATLAB 6.0版版 2001年，年，MATLAB 6.1版版 2002年，年，MATLAB 6.5版版 2004年，年，MATLAB 7.0版版 当前最新版当前最新版MatlabR2011A 不同版本的个别命令略有不同不同版本的个别命令略有不同.1.命令窗口命令窗口(command window) 计算器功能计算器功能演示演示: 在命令窗口输入在命令窗口输入 2*3 在命令窗口输入在命令窗口输入 3/

7、6= 在命令窗口输入在命令窗口输入 6/6+11.命令窗口命令窗口(command window) 矩阵的表示矩阵的表示演示演示: 33矩阵矩阵,手工输入手工输入,相乘运算相乘运算 1010随机矩阵的产生随机矩阵的产生: n=10 a=rand(n) 1.命令窗口命令窗口(command window) 三元一次方程组及其解法三元一次方程组及其解法演示演示: 一般消元法一般消元法 矩阵解法矩阵解法 1.命令窗口命令窗口(command window) 求解特征值求解特征值演示演示: 10 10随机矩阵的特征值求法随机矩阵的特征值求法 n=10 a=rand(n) eig(a) 二二.MATLA

8、B的常用界面的常用界面2.命令历史窗口和当前目录窗口命令历史窗口和当前目录窗口(Command History , Current Directory) 窗口用法窗口用法: Command History 可显示在命令窗口中曾输可显示在命令窗口中曾输入的命令入的命令,同时同时,双击选中的命令可对其进行再双击选中的命令可对其进行再次执行次执行. Current Directory 提供并可改变提供并可改变(设置设置)当前当前文件夹文件夹,方便执行程序及存盘方便执行程序及存盘.二二.MATLAB的常用界面的常用界面3.文本编辑窗口4.图形窗口用命令 t=0:0.01:10; y=sin(t); plot