Робоча навчальна програма предмет Комп’ютери у фізичних дослідженнях

Вид материала

Документы

Содержание 1. Мета і завдання дисципліни. її місце в навчальному процесі. 1.2. Завдання викладання предмету Тематичний план дисципліни Чисельні методи розв’язку диференційних рівнянь та їх систем. Задача Кеплера. Коливання. Хвильові явища. Фізичні задачі, які описуються диференційними рівняннями у часткових похідних. Метод молекулярної динаміки. Задача перколяції. Фрактали. Клітинкові автомати. 2. ЗМIСТ ДИСЦИПЛIНИ. 2.1. Лекційні заняття. Використання комп’ютерів у фізиці. Комп’ютерні експерименти. Чисельні методи розв’язку диференційних рівнянь та їх систем. Задача Кеплера. Коливання. Хвильові явища. Фізичні задачі, які описуються диференційними рівняннями у часткових похідних. Метод молекулярної динаміки. Метод Монте-Карло. Броунівська динаміка. 2.2. Лабораторні заняття 4. навчально-методичнi матеріали по дисципліні 5. форми та засоби поточного і підсумкового контролю 6. Питання гарантованого рівня знань.

Подобный материал:

• Робоча навчальна програма з дисципліни " Статистичні методи у наукових дослідженнях", 246.28kb.
• Робоча навчальна програма дисципліни для студентів спеціальності 030304 Археологія, 246.31kb.
• Робоча навчальна програма навчальної дисципліни " Спеціалізовані цифрові обчислювальні, 396.14kb.
• Робоча навчальна програма для магістрів 1 курсу геологічного факультету за спеціальністю, 216.54kb.
• Робоча навчальна програма з дисципліни " Інформатика та комп’ютерна техніка" для професійного, 660.32kb.
• Робоча навчальна програма кредитного модуля, 121.75kb.
• Робоча навчальна програма з дисципліни «комп’ютерні та інформаційні технології» для, 204.08kb.
• Робоча навчальна програма вибіркового курсу Дисципліни, 204.71kb.
• Робоча навчальна програма вибіркового курсу Дисципліни, 190.33kb.
• Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 040103 геологія Затверджено, 628.51kb.

РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

Предмет Комп’ютери у фізичних дослідженнях

Спеціальність


Форма навчання Денна

Семестр 9


ВИТЯГ З НАВЧАЛЬНОГО ПЛАНУ

№ семестру	К-ть ауд.год.	У тому числі			Консуль-тації	КР	Заліки	Іспити
		Л.	П.	ЛР.
9		18	-	36	-	-	2	-

Самостійна робота 34 год.

АНОТАЦІЯ

Зміст дисципліни.

Фізика та електронно-обчислювальні машини. Комп’ютерне моделювання та комп’ютерні експерименти. Основні види комп’ютерних експериментів та їх плануван­ня.

Чисельні методи розв’язку диференційних рівнянь та їх систем (короткий огляд). Задача Кеплера. Коливання. Хвильові явища. Фізичні задачі, які описуються диференційними рівняннями у часткових похідних.

Метод молекулярної динаміки. Суть методу. Потенціали взаємодії. Розрахунок фізичних величин, кореляційні функції.

Метод Монте-Карло. Суть методу. Випадкові величини, події та процеси. Застосування методу Монте-Карло для розв’язання різних фізичних задач.

Броунівська динаміка. Задача перколяції. Фрактали, клітинкові автомати.

1. МЕТА І ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ. ЇЇ МІСЦЕ В НАВЧАЛЬНОМУ

ПРОЦЕСІ.

1.1. Мета викладання предмету

Метою викладання даної дисципліни є одержання студентами знань і навичок, які потрібні майбутньому науковцю для моделювання фізичних явищ та проведення досліджень з використанням ЕОМ. Одним із основних завдань курсу є поглиблення розуміння суті досліджуваних фізичних явищ через створення алгоритмів розв’язку відповідних задач.

1.2. Завдання викладання предмету

Після вивчення даної дисципліни

студенти повинні знати:

• теоретичні основи досліджуваних фізичних явищ та процесів;
  
• теоретичні основи чисельних методів та алгоритмів, що використовуються для розв’язання даних задач.
  

студенти повинні вміти:

• створювати базові алгоритми моделювання досліджуваних фізичних явищ та процесів;
  
• вносити зміни в ці алгоритми для вирішення різних модельних задач, що ґрунтуються на досліджуваному фізичному явищі;
  
• реалізовувати ці алгоритми з використанням раніше вивчених мов програмування.
  

Тематичний план дисципліни:

№ п/п	Тема	Кількість годин
		Усього	Лекції	Л. З.	С. Р.
1.	Використання комп’ютерів у фізиці. Комп’ютерні експерименти.		2	2	2
2.	Чисельні методи розв’язку диференційних рівнянь та їх систем. Задача Кеплера. Коливання. Хвильові явища.		2	6	6
3.	Фізичні задачі, які описуються диференційними рівняннями у часткових похідних.		2	4	4
4.	Метод молекулярної динаміки.		4	6	6
5.	Метод Монте-Карло.		4	4	6
6.	Броунівська динаміка.		2	4	4
7.	Задача перколяції. Фрактали. Клітинкові автомати.		2	10	6
	Всього		18	36	34

2. ЗМIСТ ДИСЦИПЛIНИ.

2.1. Лекційні заняття.

№ п/п	Назва лекційних тем, їх зміст	Об’єм в годинах
1.	Використання комп’ютерів у фізиці. Комп’ютерні експерименти. Використання ЕОМ у фізиці: виконання числових функцій, здійснення аналітичних перетворень, автоматизація експерименту, комп’ютерне моделювання (комп’ютерні експерименти). Місце і роль комп’ютерних експериментів. Типи комп’ютерних експериментів.	2
2.	Чисельні методи розв’язку диференційних рівнянь та їх систем. Задача Кеплера. Коливання. Хвильові явища. Метод Ейлера. Модифікований метод Ейлера. Алгоритм Верле. Метод Рунге-Кутта. Рух тіла у центральному полі (задача Кеплера). Коливання. Хвильові явища.	2
3.	Фізичні задачі, які описуються диференційними рівняннями у часткових похідних. Задача теплопровідності. Поле стаціонарних зарядів. Рівняння Пуасона і і Лапласа.	2
4.	Метод молекулярної динаміки. Суть методу. Потенціал Ленарда-Джонса. Алгоритми числового розв’язку рівнянь руху. Початкові та граничні умови. Потенціали взаємодії. Розрахунок фізичних величин. Часові кореляційні функції. Автокореляційна функція швидкостей. Формула Ейнштейна.	4
6.	Метод Монте-Карло. Суть методу. Алгоритм Метрополіса. Випадкові величини, події та процеси. Застосування методу Монте-Карло для розв’язання різних фізичних задач.	4
8.	Броунівська динаміка. Рівняння Ланжевена та його використання для моделювання руху частинок у твердих середовищах.	2
9.	Задача перколяції. Фрактали. Клітинкові автомати. ????	2
	Всього	18

2.2. Лабораторні заняття

№ п/п	Тема заняття, його зміст	Об’єм в годинах
1	2	3
1.	Вступне заняття. Включення машини. Вхiд в мережу. Створення необхідних каталогів. Огляд робіт з курсу. Правила техніки безпеки в комп’ютерній лабораторії.	2
2.	Рух тіла у центральному полі (задача Кеплера).	2
3.	Моделювання руху маятника.	2
4.	Моделювання поширення хвиль у середовищі.	2
5.	Задача теплопровідності. Поле стаціонарних зарядів	4
6.	Метод молекулярної динаміки.	4
7.	Обчислення фізичних величин та кореляційних функцій.	2
8.	Обчислення багатомірних інтегралів методом Монте-Карло	2
9.	Моделювання руху зарядженої частинки в середовищі.	2
10.	Броунівська динаміка.	4
11.	Задача перколяції.	4
12.	Фрактали.	2
13.	Клітинкові автомати.	2
14.	Захист лабораторних робіт та здача заліку.	2
	Всього	36

4. НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНI МАТЕРІАЛИ ПО ДИСЦИПЛІНІ

1. Хеерман Д. В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике. – М.: Наука, 1990. – 175 с.
   
2. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. – М.: Мир, 1990.Т.1. – 349 с. Т.2. – 400 с.
   
3. И.М.Соболь Численные методы Монте-Карло. – М.: Наука, 1973.
   
4. Методы Монте-Карло в статистической физике. / Под. ред. М.Колоса. – М.: Мир, 1984.
   
5. Базаров И.П., Геворкян Э.В., Николаев П.И. Неравновесная термодинамика и физическая кинетика. – М.: МГУ, 1990.
   
6. Лагарьков А.Н., Сергеев В.М. Метод молекулярной динамики в статистической физике // УФК. – 1978. – Т.125, №3. – С.409-448.
   
7. Ястребов П.И., Кацкельсон Основы одноелектронной теории твердого тела. – М.: Наука, 1981. – 320 с.
   
8. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. – М.: Мир, 1979.Т.1. – 412 с. Т.2. – 422 с.
   

5. ФОРМИ ТА ЗАСОБИ ПОТОЧНОГО І ПІДСУМКОВОГО КОНТРОЛЮ

Поточний контроль знань студентів здійснюється шляхом усного та письмового контролю за матеріалами лекцій. Кожна лабораторна робота розпочинається з аналізу знання студентом методики її виконання. До кожної лабораторної роботи, користуючись матеріалами лекцій та навчально-методичними матеріалами по дисципліні, в рамках самостійної роботи студент зобов’язаний розробити алгоритм виконання даної роботи. Підсумковим контролем знань є залік.

6. ПИТАННЯ ГАРАНТОВАНОГО РІВНЯ ЗНАНЬ.

1. Використання ЕОМ у фізиці. Типи комп’ютерних експериментів.
   
2. Чисельні методи розв’язання диференційних рівнянь.
   
3. Чисельні методи розв’язання диференційних рівнянь у часткових похідних.
   
4. Суть методу молекулярної динаміки та його реалізація для системи частинок.
   
5. Кореляційні функції. Обрахунок фізичних величин.
   
6. Суть методу Монте-Карло та розв’язання типових задач з його використанням.
   
7. Інші методи комп’ютерного моделювання.
   

Програму склав

професор кафедри радіофізики,

доктор фізико-математичних наук І.М.Болеста