计算物理 PPT课件

1、1,同学们暑假快乐,2,计算物理 Computational Physics,胡明亮 E-mail: ,3,课程说明,成绩核算,平时30% (作业、课堂点到等) 期末70% (闭卷考试),参考书目,1. 计算物理学, 陈钟贤, 哈尔滨工业大学出版社 2. 计算物理学，郭立新等，西安电子科技大学出版社 3. 科学和工程计算基础, 施妙根 顾丽珍, 清华大学出版社 4. 计算物理学, S. E. Koonin (秦克诚 译 ), 高等教育出版社 5. Computational Physics, N.J. Giordano, H. Nakanishi 6. Matlab相关书籍(程序与数值计算类)

2、,4,课程主要内容,预备知识( Matlab基础、矩阵运算等) 线性方程组与非线性方程(组)的求解 实验数据的插值与拟合 数值微分与数值积分计算 常微分方程(组)的求解 蒙特卡洛( Monte Carlo)方法简介 相关专题(量子散射、薛定谔方程求解等),教学目标,掌握常见物理问题的计算机求解方法,5,第1章 绪论,计算物理学是以计算机及计算机技术为工具和手段, 运用计算数学的方法, 研究复杂物理现象与物理规律的一门现代交叉学科。,学习目标,了解计算物理的起源、发展与现状； 了解计算物理的主要作用。,什么是计算物理学？,6,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

3、学生掌握线性代数、常微分方程、逼近与插值、和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。 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会 物理学类专业教学指导分委员会,7,电子计算机的发明和应用； 20世纪40年代研究和制造原子核武器的需要； (Los Alamos实验室: 奥本海默, 康普顿, 冯诺依曼) 不同学科之间的交叉渗

4、透； 1981年3月, 哈佛大学W. H. Press教授等向美国NSF等提交 了发展计算物理学的计划书, 标志着计算物理学进入成熟 发展阶段；,计算物理的起源与发展,8,世界上第一台现代电子计算机“埃尼阿克”(ENIAC) 1946年2月14日,美国宾夕法尼亚大学，耗资48万美元 占地面积170平方米，重30吨 ,耗电量174千瓦小时 1955年10月2日，“埃尼阿克”宣告“退役”后，被陈列在华盛顿的一家博物馆里。,9,数值分析与数值模拟； 符号计算( Mathematica, Matlab, Maple等)； 利用计算机的符号处理系统进行解析计算、公式推导和高精 度的数值计算； 物理实验的计算机模拟； 利用计算机模拟物理实验, 已成为继理论和实验方法外物理 学研究的第三种手段； 计算机实时控制 控制系统运行 仪器状态监视,计算物理的应用,采集实验数据 数据在线分析,10,例子：薄膜的震动,a0=1;a=2;b=1; x,y=meshgrid(0:0.02:a,0:0.01:b); for m=1:3 for n=1:3 for i=1:50 t=i*0.02; k=sqrt(m*pi/a)2+(n*pi/b)2); u=sin(k*a0*t)*sin(n*pi*x/a).*sin(m*pi*y/b); mesh(x,y,u); set(gc