Рабочая программа дисциплины "имитационное моделирование" Томск 2005

Вид материала

Рабочая программа

Содержание В.П. Демкин В.М. Вымятнин Содержание курса Потенциалы взаимодействия и граничные условия. Динамический метод Метод Монте-Карло. Вариационный (статический) метод. (4 ч.) Примерная тематика лабораторных занятий Примерная тематика индивидуальных зачётных работ Наименование тем

Подобный материал:

• Рабочая программа учебной дисциплины «имитационное моделирование» Направление 080100, 188.9kb.
• Имитационное моделирование инвестиционных рисков, 462kb.
• Правительстве Российской Федерации» (Финансовый университет) Кафедра «Математическое, 246.23kb.
• Программа дисциплины имитационное моделирование в экономике для направления 080100., 228.47kb.
• Программа дисциплины Компьютерное имитационное моделирование для решения задач логистики, 176.04kb.
• Учебная программа для специальности: (рабочий вариант) 1-310303-02, 175.06kb.
• Рабочая программа по курсу «Имитационное моделирование экономических процессов» для, 150.96kb.
• Рабочая программа дисциплины «Имитационное моделирование экономических процессов» Рекомендуется, 105.54kb.
• Правительство Российской Федерации Государственный университет Высшая школа экономики, 103.83kb.
• Журнал «Банковские технологии», февраль 2003 Практический опыт имитационного моделирования, 281.14kb.

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ



"УТВЕРЖДАЮ"


Декан физического факультета


________________Кузнецов В.М.


"____"_________________2005г.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

"ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ"

Томск - 2005


Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры общей и экспериментальной

физики


Зав. кафедрой общей и экспериментальной физики

профессор

В.П. Демкин

Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией физического факультета


Председатель методической комиссии

доцент

В.М. Вымятнин

I. Организационно-методический раздел


Курс предназначен для студентов IV курса физического факультета


Цель курса


Целью дисциплины является знакомство студентов с методами компьютерного моделирования и их применением в физических исследованиях и в образовании. Особое внимание уделяется практическому применению полученных знаний для разработки учебных компьютерных моделей.


Задача учебного курса


После изучения курса студент должен:

• иметь представление о методах моделирования и их применении для изучения физических процессов.
  
• иметь представление о применении методов моделирования в физическом образовании.
  

Требования к уровню освоения курса


Дипломированный специалист должен знать и уметь использовать:

• методы моделирования для изучения простых физических процессов.
  
• методы компьютерного моделирования для создания простых виртуальных демонстрационных опытов и лабораторных работ.
  

2. Содержание курса
   

№	Тема	Содержание
1	Введение. (2 ч.)	История применения ЭВМ в физике: вычисления, управление экспериментом, имитация и моделирование. Вычислительная физика.
2	Потенциалы взаимодействия и граничные условия. (4 ч.)	Экспериментальные потенциалы: отталкивание на малых расстояниях, поляризационное и кулоновское взаимодействие. Потенциалы Борна - Майера, Морза, Ленарда – Джонса. Граничные условия: жёсткие, зеркальные, периодические, мягкие. Масштабирование, единицы измерения.
3	Динамический метод. (8 ч.)	История. Методы Эйлера и Рунге - Кутта, неустойчивость решений. Твёрдые шары (или диски) и потенциалы взаимодействия. Разные граничные условия. Число частиц в модели. Применение к газам. Применение к твёрдому телу. Применение к жидкостям, жидкие металлы. Применение к плазме. Применение к изучению фазовых переходов. Применение к изучению поверхностных явлений. Динамический метод для квантовых систем. Применение к созданию компьютерных лабораторных работ и демонстраций.
4	Метод Монте-Карло. (8 ч.)	Простые варианты метода: вычисление кратных интегралов и т.п. Датчики случайных чисел: равномерное распределение, гауссово распределение и т.д. Макроскопические системы. Марковские процессы. Метод Метрополиса. Применения этого метода в молекулярной физике: физике твёрдого тела, жидкости и плазмы, применение к изучению поверхностных явлений. Метод Монте-Карло в квантовой физике. Применение к созданию компьютерных лабораторных работ и демонстраций.
5	Вариационный (статический) метод. (4 ч.)	Сущность вариационного метода. Метасабильные состояния. Применение к изучению физики дефектов в металлах и диэлектриках, сверхпроводников, сегнетоэлектриков.
6	Интерфейс (4 ч.)	Мультимедийные возможности. Графика. Гистограммы. Цвета. Психологические особенности.

Примерная тематика лабораторных занятий

Задача о фазовом переходе в магнетиках

Частица в квантовой потенциальной яме (энергетический спектр)

Динамический метод (задача Кеплера)

Динамический метод (движение частицы в электромагнитном поле)

Динамический метод (система двух взаимодействующих частиц)

Метод Монте-Карло (датчик случайных чисел с равномерным распределением)

Двумерное случайное блуждание частицы

Метод Монте-Карло (гауссов датчик случайных чисел)

Метод Монте-Карло (датчик случайных чисел с треугольным распределением)

Метод Монте-Карло (датчик случайных чисел для моделирования дифракции)

Метод Монте-Карло (распределение Максвелла по скоростям)

Метод Метрополиса

Вариационный метод (молекула с потенциалом Морза)

Вариационный метод (ангармонические колебания)

Моделирование сплошного спектра видимого света

Примерная тематика индивидуальных зачётных работ

Предполагается составление студентами одной из следующих программ (или других задач примерно аналогичной сложности).

Упорядочение «атомов» в двумерном кристалле (без учёта корреляции)

То же с ферромагнетиком

3. Двумерное случайное блуждание (метод Монте-Карло) в силовом поле

4. Дифракция электронов или фотонов на щели или решётке

5. Распределить скорости молекул по Максвеллу

6. Опыт Милликена по измерению элементарного заряда

7. Косой удар 2 движущихся шаров с разлётом

8. Идеальный газ (столкновения только со стенками, диффузия в пространстве скоростей)

9. Свободные колебания пружинного маятника (динамический метод)

10. Задача Кеплера (планета со спутником вокруг Солнца)

11. Движение частицы в одномерном потенциальном поле

12. Колебания физического и математического маятника – свободные и затухающие

13. Фигуры Лиссажу

III. Распределение часов курса по темам и видам работ

№	Наименование тем	Всего часов	Аудиторные занятия (час)			Самостоятельная работа
			в том числе
			лекции	семинары	лабораторные занятия
1	Введение. (2 ч.)	2	2
2	Потенциалы взаимодействия и граничные условия. (4 ч.)	12	4		4	8
3	Динамический метод. (8 ч.)	28	8		20	10
4	Метод Монте-Карло. (8 ч.)	34	8		20	10
5	Вариационный (статический) метод. (4 ч.)	16	4		8	4
6	Интерфейс (4 ч.)	12	4		8	4
	ИТОГО	126	30		60	36

IV. Форма итогового контроля

Экзамен.


V. Учебно-методическое обеспечение курса


Рекомендуемая литература

1. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. В 2 частях. – М.: Мир. –1990.
   
2. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках БЕЙСИК, ФОРТРАН, ПАСКАЛЬ. – Томск: МП «Раско». – 1992. – 272 с.
   
3. Методы Монте-Карло в статистической физике. – Под ред. К. Биндера. – М.: Мир. – 1982. – 400 с.
   

Авторы (составители):

Толстик Александр Михайлович, доцент кафедры общей и экспериментальной физики.