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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年苏州年会年苏州年会理论+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 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.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 .
2、All rights reserved.n 例1：两个水滴下落碰撞 .All rights reserved.n 例1：两个水滴下落碰撞 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。2008 .All rights reserved.一些仿真例子n 算盘、计算器、ENIACn 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
3、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777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 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 德国和美国科学家首次模拟出大小
4、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。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400万CPU小时。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。2008 .All rights rese
5、rved.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 2008 .All rights 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
6、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 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MatlabMathcad、Mathematica、几何画板物理平台仿真物理实验室仿真物理实验室其它Microsoft Math、webtopPHET、easy java simulation、虚拟示波器虚拟示波器工具、网站n Mathematican Mathc
7、adn Matlabn 仿真物理实验室仿真物理实验室n Math3.0n Webtop6.0 2008 .All rights reserved.n http:/n http:/www.W n http:/n http:/www.PTC.comn http:/n http:/www.phy.ntnu.edu.twn http:/webtop,msstste.edun http:/www.opensourcephysics.orgn http:/www.eclipe.orgn http:/仿真模拟的目的1n 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
8、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.仿真模拟的目的2n 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.计算机仿真模拟实例n 常用软件介绍 2008 .All rights reserved.利用仿真物理实验室利用MATLAB软件利用微软MATH2007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.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
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