动力学模拟实验详解2013

动力学模拟实验详解2013
动力学模拟实验详解2013

分子平衡与动态行为的动力学模拟实验详解

实验目的:

(1)掌握运用Hyperchem 正确设置力场参数及几何优化参数,进行分子力学几何优化;

(2)掌握分子动力学、Langevin 动力学及Monte Carlo 模拟方法;

(3)通过动力学或Monte Carlo 模拟,获取低能量的结构和热力学参数。

实验注意:

(1)穿实验服;实验记录用黑色,蓝色或蓝黑色钢笔或签字笔记录;实验数据记录不需要画表格;

(2)实验前请先仔细阅读前面的软件使用介绍,然后逐步按照实验步骤所写内容进行操作;

(3)截图方法:调整视角至分子大小适中,按下键盘上的PrintScreen 按键截图,从“Windows 开始菜单”打开“画图”工具,按Ctrl+v 或“编辑-粘贴”,去掉四周多余部分只留下分子图形,保存图片;

(4)所有保存的文件全部存在E 盘或D 盘根目录用自己学号命名的文件夹下,不要带中文命名,实验完毕全部删除,不得在计算用机上使用自己携带的U 盘或其他便携存储设备!

实验步骤:

一、建立丙氨酸两性离子模型

(1)点击Display – Labels...选中Symbol 并确定,根据不同建模方法用下面其中一种方法搭建分子模型:

1、画出丙氨酸两性离子基本构型(氢原子可先不画)分别双击两个C-O 键,更改其键型为共轭键;

从菜单选择Build – Add Hydrogens 加上H 原子。2、从Databases – Amino Acids – Ala 建立大致模型

添加缺少的一个羧基氧和两个氨基氢原子,分别双击两个C-O 键,更改其键型为共轭键。

(2)单击工具栏建立分子模型工具(或Build – Model Build / Add H & Model Build ),建立模型后还少一个氢原子的,确认Build – Allow Arbitrary Vsalence 为选中状态,手动增加氢原子上去后再点击一次建立分子模型工具或Build –Model Build / Add H & Model Build 。

(3)点击Select – Atoms 使其为选中状态,选择C-O 两个原子记录键长数据;取消选择全部原子,选择C α-C'-O 三个原子记录键角数据;取消选择全部原子,选择N-C α-C'-O 四个原子记录二面角数据(由于有两个氧原子,两组键长,键角和二面角都记录)。

(4)取消选择全部原子,Display – Labels 选中Charge 并确定,请根据建模方法的不同设定不同电荷:

1、手工建立模型

取消选择全部原子,选中两个氧原子,通过Build

– Set Charge 设置原子电荷为-0.5,然后取消选择全部原

子,选中氮原子,设置原子电荷为1.0。2、直接从菜单建立丙氨酸模型取消选择全部原子,选中电荷显示为0.000的新增氧原子,在Build – Set Charge 中设置原子电荷为-0.568,然后取消选择全部原子,选中氮原子所连接电荷

显示为0.000的两个新增氢原子,设置原子电荷为

0.272。

(5)点击Setup – Molecular Mechanics... 选择AMBER 力场;点击Options ,作如下图的设值:

(6)点击Display – Labels – 选中Type 并确定,检查是否有原子类型标记为“**”符号;若有,再次单击工具栏建立分子模型工具或菜单Build – Add H & Model Build 。

(7)再次检查分子结构;分别点击Display – Labels 选择Charge 及Type 检查电荷和原子类型是否都已正确无误设置。

(8)同时选中N-C α-C'-O 四个原子,点击Select – Name Selection...将其命名为ncco (只需选择其中一个氧原子)。

(9)点击File – Save As...,在保存类型下拉菜单中选择HyperChem (*.HIN)格式,将其保存为ala.HIN 。

二、丙氨酸两性离子在气相和液相中的几何优化及分子叠合

(1)点击Compute – Single Point 计算单点能,记录Energy, Gradient 两个数值:

点击Compute – Geometry Optimization 为分子作真空几何优化,“RMS gradient of: ... kcal/mol”设为0.1,“or: …

maximum cycles”设为1950(后面所有几何优化按默认设置直接确定即可,不需再作改动),点击OK 待至

Converged=Yes,记录能量数值以及cycles和points值(后面做几何优化時同样记录cycles和points值)。

如上测量并记录C-O键长,Cα-C'-O键角,N-Cα-C'-O二面角数值;点击File – Save As...,将分子存为ala-gas.HIN文件。

(2)点击Setup – Periodic Box... 作如下设值:

点击OK,把丙氨酸离子溶于12?×10?×12?的溶剂盒子当中:

(3)点击Setup – Molecular Mechanics... - Options作如下设值:

同上点击Single Point 和 Geometry Optimization分别进行单点能量及几何优化的计算,分别记录上述能量数值。

如出现以下提示,请选择“否”并确认Setup – Molecular Mechanics... - Options已如上述完成设定:

测量并记录C-O键长,Cα-C'-O键角,N-Cα-C'-O二面角数值。

(4)液相优化丙氨酸离子后,点击File – Save As...,把分子保存为ala-liq.HIN文件。

点击Select – Molecules使其为选中状态,单击丙氨酸两性离子使其呈选中状态:

然后点击Select – Complement Selection反选周围水分子:

按键盘上的Delete键并确定删除水分子,点击Display – Show Periodic Box取消显示盒子边界。

(5)再次选中液相中优化的丙氨酸离子,点击Display – Color Atoms...在以下选项中选择其中一个给分子上色(尽量选择对比度高易分辨的颜色):

点击File – Merge...选择先前保存的ala-gas.HIN文件合并进工作区,按上述步骤把气相下优化的丙氨酸分子上另一种颜色。

(6)点击Select – Atoms使其为选中状态,用选择工具分别依次选择两个分子的N, Cα和C’原子(先选择分子一的N原子然后选择分子二的N原子,再选择分子一的Cα原子...如此类推):

点击Display – Overlay叠合两丙氨酸分子:

观察叠合结果并写入报告,注意分别标明气相和液相优化的分子为何种颜色;截图,保存图片为Overlay.png;

如果叠合失败(原子对位错误的),则不保存文件,打开已保存的ala-liq.HIN从上述第(4)步继续。

三、丙氨酸两性离子的分子动力学模拟及蒙特卡罗模拟

(1)分子动力学:点击File – Open...点击“否”不保存叠合后的分子文件,然后打开先前保存的ala-liq.HIN文件,点击Compute - Molecular Dynamics...设置如下:

点击Averages...把EKIN, EPOT, ETOT, ncco移至最右并点OK;若没有ncco请参照上面第一大点第(8)小点进行设置,下同:

点击Proceed,观察分子的运动情况;分子动力学完毕后点击Rescale,用实验注意中的截图方法截图保存中间结果窗口部分(包括变量名称及标值,不要只截取中间曲线部分!下同)为MD.png,点击Done结束;分别做一次Single Point 和 Geometry Optimization计算记录能量及梯度值,不需保存分子文件。

(2)Langevin动力学:点击File – Open...打开ala-gas.HIN文件,点击Compute - Langevin Dynamics...作如下设置:

同上点击Averages...把EKIN, EPOT, ETOT, ncco移至最右并点OK;点击Proceed,动力学完毕后点击Rescale,截图保存中间结果窗口部分为LD.png;分别做一次Single Point 和 Geometry Optimization计算记录能量及梯度能量值,不需保存分子文件。

(3)Monte Carlo模拟:点击File – Open...打开ala-liq.HIN文件,点击Compute – Monte Carlo...作如下设置(注意Run steps值为1000):

点击Averages...把ACCR, EPOT, D ACCR, ncco移至最右并点OK:

点击Proceed,待动力学完毕后点击Rescale,截图保存中间结果窗口部分为MC.png;分别再做一次Single Point 和 Geometry Optimization计算记录能量及梯度能量值,不需保存分子文件。

四、记录不同建模方法的实验数据

记录邻组建立初始模型后的气相单点计算,气相优化后和液相优化后三个能量值(只需要Energy值)。

五、实验数据记录

检查下面数据是否已被正确记录:

1、丙氨酸离子的初始模型,气相优化和液相优化后的C-O键长,Cα-C'-O键角,N-Cα-C'-O二面角;

2、丙氨酸离子气相和液相的初始模型及优化后的能量记录(Energy, Gradient, cycles和points)

3、分子动力学, Langevin动力学和 Monte Carlo模拟后的Single Point 和 Geometry Optimization的能量及梯度值;

4、丙氨酸离子气相和液相优化结果的分子叠合图;分子动力学, Langevin动力学和 Monte Carlo模拟能量曲线图;

5、使用不同建模方法法的另一组的能量数据(三组能量)。

打开”网上邻居-综合 在 Zh00 上-物化计算机实验”,找到以当天日期命名的文件夹,在下面新建以自己学号命名的文件夹,把Overlay.png, MD.png, LD.png, MC.png复制到里面,把原始数据记录取至前台检查签名(原始数据记录请务必写上姓名!),签名后在前台用U盘把自己的实验图片复制下来或发送到自己邮箱里面(教师用计算机学生不得操作!)。

实验完毕删除自己在用机上所有留下的有关文件,关闭计算机,收拾桌椅并带好个人携带物品离开实验室。

实验报告:

一、实验原始数据记录应附在实验报告的最后,不能直接作为实验报告的内容部分。

二、实验图片应打印好作为实验报告的内容部分并标上图片标题和注释,不能附在实验报告的最后。

三、实验报告所有数据必须用表格形式列出,并应对所有已记录的数据进行分析,此外还应包括以下内容:

1、分别比较气相和液相下优化的丙氨酸两性离子的结构的异同(观察叠合后的分子),请结合记录的键长键角二面角数据分析异同具体是如何产生的。

2、试比较分析分子动力学和Monte Carlo模拟后的单点能计算和几何优化结果跟初始模型结果,包括Energy, Gradient, cycles和points数值的比较。

α的变动情况。

3、分析在分子动力学模拟和Langevin动力学的模拟的过程中N-C-C'-O

四、思考题:

1、两种不同建模方法区别在哪里,计算结果又有什么不同?请作具体的分析。

2、丙氨酸分子在气相和水溶液模型下计算的能量不能作比较,为什么?

3、简述应用分子动力学原理进行几何优化获取最低能量构象的原理。

4、力场设置里面的Dielectric(Epsilon)是什么意思,其下两个选项在气相跟液相优化分别是用的不同设置又是什么意思,设置不同会引起什么差别?(可查阅Hyperchem的使用手册)

5、力场设置里面的Cutoffs是什么意思,其下选项在气相跟液相优化分别是用的不同设置又是什么意思,设置不同会引起什么差别?(可查阅Hyperchem的使用手册)

6、分子动力学跟Langevin动力学的模拟结果图有什么异同?他们的原理和计算公式具体区别在哪里?

7、Monte Carlo模拟是动力学模拟吗?其与一般的动力学方法有什么不同。

8、Monte Carlo模拟中为什么没有加入EKIN和ETOT作图,如果对其作图会得到怎样的结果?

附:

Hyperchem使用介绍:

本次实验用到的工具:

Draw:描绘分子工具,所画原子H为白色,C为青色,N为蓝色,O为红色;在工作区单击画出原子,拖拽画出成键原子,在分子键上点击更改成键类型;双击工具按钮会出现如下元素周期表用于选择不同原子建立分子;

Select:选择原子工具,选中的原子或键会呈现绿色,在原子上单击左键选择对应原子/分子(选择模式对应在Select 菜单下Atoms/Moleculars更改),在原子上右击取消选择该原子,在工作区单击选择全部分子,在工作区右击取消选择全部原子;同时选中两个原子时在状态栏显示键长(单位为?,由于字符关系显示为”?”),选中三个原子显示键角,选中四个原子显示二面角(不能同时选择多个原子时请确保Select – Multiple Selections为选中状态);

Rotate out-of-plane:平面外旋转工具,转换视角用;

Rotate in-plane:平面内旋转工具,转换视角用;

Translate:平移工具,转换视角用;

Mgnify/Shrink:放大镜工具,转换视角用;

Model Builder:左三分别用于建立C, N, O原子,最右为建立分子模型,效果同菜单Build – Model Build。

普通物理实验思考题及答案

实验一. 1求λ时为何要测几个半波长的总长? 答:多测几个取平均值,误差会减小 2为何波源的簧片振动频率尽可能避开振动源的机械共振频率? 答 当簧片达到某一频率(或其整数倍频率)时,会引起整个振动源(包括弦线)的机械共 振,从而引起振动不稳定。 3弦线的粗细和弹性对实验各有什么影响,应该如何选择? 答 弦线应该比较细,太粗的话会使振动不明显,弹性应该选择较好的,因为弹性不佳会造 成振动不稳定 4横波在弦线上传播的实验中,驻波是由入射波与反射波迭加而成的,弦线上不振动的点称 为波节,振动最大的点称为波腹,两个波节之间的长度是半波长 5因振簧片作水平方向的振动,理论上侧面平视应观察不到波形,你在实验中平视能观察得 到吗?什么情况能观察到,为什么? 答 平视不能观察到,因为。。。。。。 6为了使lg λ—lgT 直线图上的数据点分布比较均匀,砝码盘中的砝码质量应如何改变? 答 每次增加相同重量的砝码 实验二. 1.外延测量法有什么特点?使用时应该注意什么问题? 答 当需要的数据在测量数据范围之外而不能测出,为了求得这个值,采用作图外推求值的 方法,即先用已测的数据绘制出曲线,再将曲线按原规律延长到待求值范围,在延长线部分 求出所需要的值 使用时要注意在所要值两边的点要均衡且不能太少并且在研究的范围内 没有突变的情况 2.物体的固有频率和共振频率有什么不同?它们之间有何联系? 答 物体的固有频率和共振频率是不同的概念,固有频率指与方程的根knl=4.7300对应的振 动频率,它们之间的关系为f 固= f 共2^4/11Q 前者是物体的固有属性,由其结构,质量材质等决定,而后者是当外加强迫力的频率等于物 体基频时,使其发生共振时强迫力的频率 实验三. 1.为什么实验应该在防风筒(即样品室)中进行? 答:因为实验中的对公式 要成立的条件之一是:保证两样品的表面状况相同,周围介质(空气)的性质不变, m:强迫对流时m=1;自然对流时m=5/4; (实验中为自然冷却即自然对流) 所以实验要在防风筒(即样品室)中进行,让金属自然冷却。 2.用比较法测定金属的比热容有什么优点?需具备什么条件? 答:优点是可以简单方便测出待测金属的比热容。如果满足下列条件:两样品的形状尺寸都 相同(例如细小的圆柱体);两样品的表面状况也相同; 于是当周围介质温度不变(即室温恒定),两样品又处于相同温度时,待测金属的比热容为: 3.如何测量不同的金属在同一温度点的冷却速率? 答:法一:测出不同金属在该温度点附近下 降相同的温度差Δθ以及所需要的时间Δt,可 得各个金属在该温度点的冷却速率。 法二:通过实验,作出不同金属的θ~t 冷却曲线,在各个冷却曲线上过该温度点切 线,求出切线的斜率,可得各温度点的冷却速率。 4、可否利用本实验中的方法测量金属在任意温度时的比热容?

分子动力学的模拟过程

分子动力学的模拟过程 分子动力学模拟作为一种应用广泛的模拟计算方法有其自身特定的模拟步骤,程序流程也相对固定。本节主要就分子动力学的模拟步骤和计算程序流程做一些简单介绍。 1. 分子动力学模拟步驟 分子动力学模拟是一种在微观尺度上进行的数值模拟方法。这种方法既可以得到一些使用传统方法,热力学分析法等无法获得的微观信息,又能够将实际实验研究中遇到的不利影响因素回避掉,从而达到实验研宄难以实现的控制条件。 分子动力学模拟的步骤为: (1)选取所要研究的系统并建立适当的模拟模型。 (2)设定模拟区域的边界条件,选取粒子间作用势模型。 (3)设定系统所有粒子的初始位置和初始速度。 (4)计算粒子间的相互作用力和势能,以及各个粒子的位置和速度。 (5)待体系达到平衡,统计获得体系的宏观特性。 分子动力学模拟的主要对象就是将实际物理模型抽象后的物理系统模型。因此,物理建模也是分子动力学模拟的一个重要的环节。而对于分子动力学模拟,主要还是势函数的选取,势函数是分子动力学模拟计算的核心。这是因为分子动力学模拟主要是计算分子间作用力,计算粒子的势能、位置及速度都离不开势函数的作用。系统中粒子初始位置的设定最好与实际模拟模型相符,这样可以使系统尽快达到平衡。另外,粒子的初始速度也最好与实际系统中分子的速度相当,这样可以减少计算机的模拟时间。 要想求解粒子的运动状态就必须把运动方程离散化,离散化的方法有经典Verlet算法、蛙跳算法(Leap-frog)、速度Veriet算法、Gear预估-校正法等。这些算法有其各自的优势,选取时可按照计算要求选择最合适的算法。 统计系统各物理量时,便又涉及到系统是选取了什么系综。只有知道了模拟系统采用的系综才能釆用相对应的统计方法更加准确,有效地进行统计计算,减少信息损失。 2. 分子动力学模拟程序流程 具体到分子动力学模拟程序的具体流程,主要包括: (1)设定和模拟相关的参数。 (2)模拟体系初始化。 (3)计算粒子间的作用力。 (4)求解运动方程。 (5)循环计算,待稳定后输出结果。 分子动力学模拟程序流程图如2.3所示。

分子动力学模拟

分子动力学模拟 分子动力学就是一门结合物理,数学与化学的综合技术。分子动力学就是一套分子模拟方法,该方法主要就是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量与其她宏观性质。 这门技术的发展进程就是: 1980年:恒压条件下的动力学方法(Andersenの方法、Parrinello-Rahman法) 1983年:非平衡态动力学方法(Gillan and Dixon) 1984年:恒温条件下的动力学方法(能势‐フーバーの方法) 1985年:第一原理分子动力学法(→カー?パリネロ法) 1991年:巨正则系综的分子动力学方法(Cagin and Pettit)、 最新的巨正则系综,即为组成系综的系统与一温度为T、化学势为μ的很大的热源、粒子源相接触,此时系统不仅同热源有能量交换,而且可以同粒子源有粒子的交换,最后达到平衡,这种系综称巨正则系综。 进行分子动力学模拟的第一步就是确定起始构型,一个能量较低的起始构型就是进行分子模拟的基础,一般分子的其实构型主要就是来自实验数据或量子化学计算。在确定起始构型之后要赋予构成分子的各个原子速度,这一速度就是根据玻尔兹曼分布随机生成,由于速度的分布符合玻尔兹曼统计,因此在这个阶段,体系的温度就是恒定的。另外,在随机生成各个原子的运动速度之后须进行调整,使得体系总体在各个方向上的动量之与为零,即保证体系没有平动位移。 由上一步确定的分子组建平衡相,在构建平衡相的时候会对构型、温度等参数加以监控。 进入生产相之后体系中的分子与分子中的原子开始根据初始速度运动,可以想象其间会发生吸引、排斥乃至碰撞,这时就根据牛顿力学与预先给定的粒子间相互作用势来对各个例子的运动轨迹进行计算,在这个过程中,体系总能量不变,但分子内部势能与动能不断相互转化,从而体系的温度也不断变化,在整个过程中,体系会遍历势能面上的各个点,计算的样本正就是在这个过程中抽取的。 用抽样所得体系的各个状态计算当时体系的势能,进而计算构型积分。 作用势的选择与动力学计算的关系极为密切,选择不同的作用势,体系的势能面会有不同的形状,动力学计算所得的分子运动与分子内部运动的轨迹也会不同,进而影响到抽样的结果与抽样结果的势能计算,在计算宏观体积与微观成分关系的时候主要采用刚球模型的二体势,计算系统能量,熵等关系时早期多采用Lennard-Jones、morse势等双体势模型,对于金属计算,主要采用morse势,但就是由于通过实验拟合的对势容易导致柯西关系,与实验不符,因此在后来的模拟中有人提出采用EAM等多体势模型,或者采用第一性原理计算结果通过一定的物理方法来拟合二体势函数。但就是对于二体势模型,多体势往往缺乏明确的表达式,参量很多,模拟收敛速度很慢,给应用带来很大困难,因此在一般应用中,通过第一性原理计算结果拟合势函数的L-J,morse等势模型的应用仍非常广泛。 分子动力学计算的基本思想就是赋予分子体系初始运动状态之后,利用分子的自然运动在相空间中抽取样本进行统计计算,时间步长就就是抽样的间隔,因而时间步长的选取对动力学模拟非常重要。太长的时间步长会造成分子间的激烈碰撞,体系数据溢出;太短的时间步长会降低模拟过程搜索相空间的能力,因此一般选取的时间步长为体系各个自由度中最短运动周期的十分之一。但就是通常情况下,体系各自由度中运动周期最短的就是各个化学键的振动,而这种运动对计算某些宏观性质并不产生影响,因此就产生了屏蔽分子内部振动或其她无关运动的约束动力学,约束动力学可以有效地增长分子动力学模拟时间步长,提高搜索相空间的能

物理实验思考题答案

物理实验全解 实验一霍尔效应及其应用 【预习思考题】 1.列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。 霍尔系数,载流子浓度,电导率,迁移率。 2.如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型? 以根据右手螺旋定则,从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压为正,则样品为P型,反之则为N型。 3.本实验为什么要用3个换向开关? 为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电流及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。总之,一共需要3个换向开关。 【分析讨论题】 1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5)测出的霍尔系数比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行? 若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B 和霍尔器件平面的夹角。 2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源? 误差来源有:测量工作电流的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。实验二声速的测量 【预习思考题】 1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定? 答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度。 2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的? 答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加交变电场,材料会发生机械形变,这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应,压电陶瓷环片在交变电压作用下,发生纵向机械振动,在空气中激发超声波,把电信号转变成了声信号。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应,空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变,从而产生电场,把声信号转变成了电信号。

分子动力学模拟方法概述(精)

《装备制造技术》 2007年第 10期 收稿日期 :2007-08-21 作者简介 :申海兰 , 24岁 , 女 , 河北人 , 在读研究生 , 研究方向为微机电系统。 分子动力学模拟方法概述 申海兰 , 赵靖松 (西安电子科技大学机电工程学院 , 陕西西安 710071 摘要 :介绍了分子动力学模拟的基本原理及常用的原子间相互作用势 , 如Lennard-Jones 势 ; 论述了几种常用的有限差分算法 , 如 Verlet 算法 ; 说明了分子动力学模拟的几种系综及感兴趣的宏观统计量的提取。关键词 :分子动力学模拟 ; 原子间相互作用势 ; 有限差分算法 ; 系综中图分类号 :O3 文献标识码 :A 文章编号 :1672-545X(200710-0029-02 从统计物理学中衍生出来的分子动力学模拟方法 (molec- ular dynamics simulation , M DS , 实践证明是一种描述纳米科技 研究对象的有效方法 , 得到越来越广泛的重视。所谓分子动力学模拟 , 是指对于原子核和电子所构成的多体系统 , 用计算机模拟原子核的运动过程 , 从而计算系统的结构和性质 , 其中每一个原子核被视为在全部其他原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿定律运动 [1]。它被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学研究手段 , 称之为“计算机实验” 手段 [2], 在物理学、化学、生物学和材料科学等许多领域中得到广泛地应用。

根据模拟对象的不同 , 将它分为平衡态分子动力学模拟 (EM DS (和非平衡态分子动力学模拟 (NEM DS 。其中 , EM DS 是分子动力学模拟的基础 ; NEM DS 适用于非线性响应系统的模拟 [3]。下面主要介绍 EM DS 。 1分子动力学方法的基本原理 计算中根据以下基本假设 [4]: (1 所有粒子的运动都遵循经典牛顿力学规律。 (2 粒子之间的相互作用满足叠加原理。 显然这两条忽略了量子效应和多体作用 , 与真实物理系统存在一定差别 , 仍然属于近似计算。 假设 N 为模拟系统的原子数 , 第 i 个原子的质量为 m i , 位置坐标向量为 r i , 速度为 v i =r ? i , 加速度为 a i =r ?? i , 受到的作用力为 F i , 原子 i 与原子 j 之间距离为 r ij =r i -r j , 原子 j 对原子 i 的作用力为 f ij , 原子 i 和原子 j 相互作用势能为 ! (r ij , 系统总的势能为 U (r 1, r 2, K r N = N i =1! j ≠ i ! " (r ij , 所有的物理量都是随时 间变化的 , 即 A=A (t , 控制方程如下 : m i r ?? i =F i =j ≠ i

《机械系统动力学仿真分析软件》

| 论坛社区 《机械系统动力学仿真分析软件》(MSC.ADAMS.2005.R2)R2 资源分类: 软件/行业软件 发布者: Coolload 发布时间: 2005-12-18 20:22 最新更新时间: 2005-12-19 07:04 浏览次数: 14548 实用链接: 收藏此页 eMule资源 下面是用户共享的文件列表,安装eMule后,您可以点击这些文件名进行下载 [机械系统动力学仿真分析软件].[$u]MSC.ADAMS.2005.R2.rar201.2MB [机械系统动力学仿真分析软 295.4MB 件].MSC_ADAMS_V2005_ISO-LND-CD1.iso [机械系统动力学仿真分析软185.0MB

件].MSC_ADAMS_V2005_ISO-LND-CD2.bin [机械系统动力学仿真分析软 6.5KB 件].Msc.Adams.v2005.Iso-Lnd-Cd1-Crack.rar 全选480.4MB eMule主页下载eMule使用指南如何发布 中文名称:机械系统动力学仿真分析 软件 英文名称:MSC.ADAMS.2005.R2 版本:R2 发行时间:2005年12月15日 制作发行:美国MSC公司 地区:美国 语言:英语 简介: [通过安全测试] 杀毒软件:Symantec AntiVirus 版本: 9.0.0.338 病毒库:2005-12-16 共享时间:10:00 AM - 24:00 PM(除 非线路故障或者机器故障) 共享服务器:Razorback 2.0 [通过安装测试]Windows2000 SP4 软件版权归原作者及原软件公司所 有,如果你喜欢,请购买正版软件

最新物理实验思考题答案讲课教案

1、电磁感应【Q】在实验中我们发现,旋转的铝盘会对磁铁产生牵引力,发过来磁铁也会对铝盘有一个反作用力(磁阻尼力),这个阻尼力会影响实验精度吗?【A】并不会影响实验精度,且铝盘会以一个恒定的频率在转动!原因:步进电机的工作原理,是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。因此,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响。【Q】大家是否发现在我们这个实验中,铝盘上面挖了六个小孔,你们认为这些小孔会对牵引力产生影响吗?【A】小孔会对牵引力产生影响,牵引力相比没孔的铝盘会变小;每一根铝丝两端都会产生感应电动势,铝盘就相当于多个电源的并联,但是由于小孔的存在,产生的电流可能不稳定,牵引力会有小幅波动,但是小孔并不是改变磁通量的“罪魁祸首【Q】测量磁悬浮力或牵引力时,永磁体的位置对结果有什么影响?比如正对着铝盘圆心与偏离角度的区别;还有永磁体靠近铝盘中心时所受的力与磁体位于铝盘边缘时相比,大小

如何?【A】做了几次试验,发现当磁铁在盘内较大距离时力不大,到盘边时较大,远离盘后减小。可推知力与磁铁到盘中心的距离是一个单峰的函数,有水平渐近线。【Q】大家想一下,如果那个轴承完全无摩擦,那么它的转速会无限增大吗?【A】【Q】如何改进??【A】此实验的磁悬浮力和磁牵引力装置应增加一个角度指针,因为我们在做距离和力的大小的关系试验中,每次都要将测力器杆取出,然后重新固定,这当中是不是会因为角度的不同产生较大的误差呢?所以可以增加一个角度小指针,来校正测力杆放置的方向,减免误差我们是准备加一个升降装置的,最好带刻度的。 1.测量磁悬浮传动系统的轴承转速时,测得的转速不是很稳定,而转速的测定时以一定时间内通过轴承的光束的个数为依据的。所以我建议增加轴承上计数孔的个数,这样测得的数目会增多,可以减小不稳定因素的干扰,所得读数会相对集中一些。 2.我做实验时的传感器支架稳定性不好,每次垫一个垫片测磁牵引力和磁悬浮力时,旋转的铝盘很容易擦到永磁铁。不仅如此,

分子动力学模拟

分子动力学模拟 分子动力学是一门结合物理,数学和化学的综合技术。分子动力学是一套分子模拟方法,该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。 这门技术的发展进程是: 1980年:恒压条件下的动力学方法(Andersenの方法、Parrinello-Rahman法) 1983年:非平衡态动力学方法(Gillan and Dixon) 1984年:恒温条件下的动力学方法(能势‐フーバーの方法) 1985年:第一原理分子动力学法(→カー?パリネロ法) 1991年:巨正则系综的分子动力学方法(Cagin and Pettit). 最新的巨正则系综,即为组成系综的系统与一温度为T、化学势为μ的很大的热源、粒子源相接触,此时系统不仅同热源有能量交换,而且可以同粒子源有粒子的交换,最后达到平衡,这种系综称巨正则系综。 进行分子动力学模拟的第一步是确定起始构型,一个能量较低的起始构型是进行分子模拟的基础,一般分子的其实构型主要是来自实验数据或量子化学计算。在确定起始构型之后要赋予构成分子的各个原子速度,这一速度是根据玻尔兹曼分布随机生成,由于速度的分布符合玻尔兹曼统计,因此在这个阶段,体系的温度是恒定的。另外,在随机生成各个原子的运动速度之后须进行调整,使得体系总体在各个方向上的动量之和为零,即保证体系没有平动位移。 由上一步确定的分子组建平衡相,在构建平衡相的时候会对构型、温度等参数加以监控。 进入生产相之后体系中的分子和分子中的原子开始根据初始速度运动,可以想象其间会发生吸引、排斥乃至碰撞,这时就根据牛顿力学和预先给定的粒子间相互作用势来对各个例子的运动轨迹进行计算,在这个过程中,体系总能量不变,但分子内部势能和动能不断相互转化,从而体系的温度也不断变化,在整个过程中,体系会遍历势能面上的各个点,计算的样本正是在这个过程中抽取的。 用抽样所得体系的各个状态计算当时体系的势能,进而计算构型积分。 作用势的选择与动力学计算的关系极为密切,选择不同的作用势,体系的势能面会有不同的形状,动力学计算所得的分子运动和分子内部运动的轨迹也会不同,进而影响到抽样的结果和抽样结果的势能计算,在计算宏观体积和微观成分关系的时候主要采用刚球模型的二体势,计算系统能量,熵等关系时早期多采用Lennard-Jones、morse势等双体势模型,对于金属计算,主要采用morse势,但是由于通过实验拟合的对势容易导致柯西关系,与实验不符,因此在后来的模拟中有人提出采用EAM等多体势模型,或者采用第一性原理计算结果通过一定的物理方法来拟合二体势函数。但是对于二体势模型,多体势往往缺乏明确的表达式,参量很多,模拟收敛速度很慢,给应用带来很大困难,因此在一般应用中,通过第一性原理计算结果拟合势函数的L-J,morse等势模型的应用仍非常广泛。 分子动力学计算的基本思想是赋予分子体系初始运动状态之后,利用分子的自然运动在相空间中抽取样本进行统计计算,时间步长就是抽样的间隔,因而时间步长的选取对动力学模拟非常重要。太长的时间步长会造成分子间的激烈碰撞,体系数据溢出;太短的时间步长会降低模拟过程搜索相空间的能力,因此一般选取的时间步长为体系各个自由度中最短运动周期的十分之一。但是通常情况下,体系各自由度中运动周期最短的是各个化学键的振动,而这种运动对计算某些宏观性质并不产生影响,因此就产生了屏蔽分子内部振动或其他无关运动的约束动力学,约束动力学可以有效地增长分子动力学模拟时间步长,提高搜索相空间的能

大学物理实验思考题答案

大学物理实验思考题答案 实验一:用三线摆测物体的转动惯量 1. 是否可以测摆动一次的时间作周期值?为什么? 答:不可以。因为一次测量随机误差较大,多次测量可减少随机误差。 2. 将一半径小于下圆盘半径的圆盘,放在下圆盘上,并使中心一致,讨论此时三线摆的周期和空载时的周期相比是增大、减小还是不一定?说明理由。 答:当两个圆盘的质量为均匀分布时,与空载时比较,摆动周期将会减小。因为此时若把两 盘看成为一个半径等于原下盘的圆盘时,其转动惯量10小于质量与此相等的同直径的圆盘, 根据公式(3-1-5),摆动周期T0将会减小。 3. 三线摆在摆动中受空气阻尼,振幅越来越小,它的周期是否会变化?对测量结果影响大吗?为什么?答:周期减小,对测量结果影响不大,因为本实验测量的时间比较短。 [实验二]金属丝弹性模量的测量 1. 光杠杆有什么优点,怎样提高光杠杆测量的灵敏度? 本帖隐藏的内容需要回复才可以浏览 答:优点是:可以测量微小长度变化量。提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地 减小光杠杆前后脚的垂直距离b,可以提高灵敏度,因为光杠杆的放大倍数为2D/b。2?何谓视差,怎样判断与消除视差? 答:眼睛对着目镜上、下移动,若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移,这种现象叫视差,细调调焦手轮可消除视差。 3.为什么要用逐差法处理实验数据? 答:逐差法是实验数据处理的一种基本方法,实质就是充分利用实验所得的数据,减少随机误差,具有对数据取平均的效果。因为对有些实验数据,若简单的取各次测量的平均值,中间各测量值将全部消掉,只剩始末两个读数,实际等于单次测量。为了保持多次测量的优越性,一般对这种自变量等间隔变化的情况,常把数据分成两组,两组逐次求差再算这个差 的平均值。 [实验三]随机误差的统计规律 1?什么是统计直方图?什么是正态分布曲线?两者有何关系与区别?本帖隐藏的内容需要回复才可以浏览答:对某一物理量在相同条件下做n次重复测量,得到一系列测量值,找出它的最大值和最小值,然后确定一个区间,使其包含全部测量数据,将区间分成若干小区间,统计测量结果出现在各小区间的频数M,以测量数据为横坐标,以频数M为纵坐标,划出各小区间及其对应的频数高度,则可得到一个矩形图,即统计直方图。 如果测量次数愈多,区间愈分愈小,则统计直方图将逐渐接近一条光滑的曲线,当n趋向于 无穷大时的分布称为正态分布,分布曲线为正态分布曲线。 2. 如果所测得的一组数据,其离散程度比表中数据大,也就是即S(x)比较大,则所得到的周期平均值是否也会差异很大? 答:(不会有很大差距,根据随机误差的统计规律的特点规律,我们知道当测量次数比较大时,对测量数据取和求平均,正负误差几乎相互抵消,各误差的代数和趋于零。

分子动力学模拟-经验谈

分子动力学攻略 此文为dddc_redsnow发表于biolover上的关于分子动力学的系列原创文章,相当经典与精彩,特此将系列文章整合,一起转载,望学习动力学的新手们共同学习,提高进步,在此特向dddc_redsnow本人表示感谢。 动力学系列之一(gromacs,重发) 在老何的鼓励下,发一下我的gromacs上手手册(我带人时用的,基本半天可以学会gromcas) ###################################################### # Process protein files step by step # ###################################################### pdb2gmx -f 2th_cap.pdb -o 2th_cap.gro -p 2th_cap.top -ignh -ter nedit 2th_cap.top editconf -f 2th_cap.gro -o 2th_cap_box.gro -d 1.5 genbox -cp 2th_cap_box.gro -cs -p 2th_cap.top -o 2th_cap_water.gro make_ndx -f 2th_cap_water.gro -o 2th_cap.ndx genpr -f 2th_cap_water.gro -n 2th_cap.ndx -o 2th_cap_All.itp genpr -f 2th_cap_water.gro -n 2th_cap.ndx -o 2th_cap_M.itp genpr -f 2th_cap_water.gro -n 2th_cap.ndx -o 2th_cap_C.itp nedit Flavo.itp grompp -f em.mdp -c 2th_cap_water.gro -p 2th_cap.top -o prepare.tpr genion -s prepare.tpr -o 2th_cap_water_ion.gro -np 1 -pq 1 ##################################################### # Minimize step by step # # 1. minimization fixing whole protein # # 2. minimization fixing maincharin of protein # # 3. minimization fixing Ca of protein # # 4. minimization without fix # ##################################################### grompp -np 4 -f em.mdp -c 2th_cap_water_ion.gro -p 2th_cap.top -o minimize_water.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_water.tpr -o minimize_water.trr -c minimize_water.gro -e minimize_water.edr -g minimize_water.log & grompp -np 4 -f em.mdp -c minimize_water.gro -p 2th_cap.top -o minimize_sidechain.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_sidechain.tpr -o minimize_sidechain.trr -c minimize_sidechain.gro -e minimize_sidechain.edr -g minimize_sidechain.log & grompp -np 4 -f em.mdp -c minimize_sidechain.gro -p 2th_cap.top -o minimize_sidechain_ex.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_sidechain_ex.tpr -o minimize_sidechain_ex.trr -c minimize_sidechain_ex.gro -e minimize_sidechain_ex.edr minimize_sidechain_ex.log & grompp -np 4 -f em.mdp -c minimize_sidechain_ex.gro -p 2th_cap.top -o minimize_all.tpr mpirun -np 4 mdrun -nice 0 -s minimize_all.tpr -o minimize_all.trr -c minimize_all.gro -e minimize_allx.edr -g minimize_all.log&

车辆系统动力学仿真大作业(带程序)

Assignment Vehicle system dynamics simulation 学院:机电学院 专业:机械工程及自动化 姓名: 指导教师:

The model we are going to analys: The FBD of the suspension system is shown as follow:

According to the New's second Law, we can get the equation: 2 )()(221211mg z z c z z k z m --+-=???? 221212)()(z k mg z z c z z k z m w +-----=? ??? 0)()()()(222111222111=-++--+-++--+? ? ? ? ? ? ? ?w w w w z L z k z L z k z L z c z L z c z m χχχχ 0)()()()(2222111122221111=-++----++---? ? ? ? ? ? ? ?w w w w z L z L k z L z L k z L z L c z L z L c J χχχχχ d w w w w Q z L z k z L z c z m ,111111111)()(-=------? ? ? ? ?χχ d w w w w Q z L z k z L z c z m ,222222222)()(-=-+--+-? ????χχ When there is no excitation we can get the equation: 2)()(221211mg z z c z z k z m --+-=???? 2 21212)()(z k mg z z c z z k z m w +-----=? ??? Then we substitude the data into the equation, we write a procedure to simulate the system: Date: ???? ?? ??? ??==?==?===MN/m 0.10k m 25.1s/m kN 0.20MN/m 0.1m kg 3020kg 2100kg 3250w 2l c k I m m by w b

物理实验思考题答案

光学实验思考题集 一、 薄透镜焦距的测定 ⒈远方物体经透镜成像的像距为什么可视为焦距 答:根据高斯公式v f u f '+=1,有其空气中的表达式为'111f v u =+-,对于远方的物体有u =-,代入上式得f′=v ,即像距为焦距。 ⒉如何把几个光学元件调至等高共轴粗调和细调应怎样进行 答:对于几个放在光具座上的光学元件,一般先粗调后细调将它们调至共轴等高。 ⑴ 粗调 将光学元件依次放在光具座上,使它们靠拢,用眼睛观察各光学元件是否共轴等高。可分别调整: 1) 等高。升降各光学元件支架,使各光学元件中心在同一高度。 2) ; 3) 共轴。调整各光学元件支架底座的位移调节螺丝,使支架位于光具座中心轴线 上,再调各光学元件表面与光具座轴线垂直。 ⑵细调(根据光学规律调整) 利用二次成像法调节。使屏与物之间的距离大于4倍焦距,且二者的位置固定。移动透镜,使屏上先后出现清晰的大、小像,调节透镜或物,使透镜在屏上成的大、小像在同一条直线上,并且其中心重合。 ⒊能用什么方法辨别出透镜的正负 答:方法一:手持透镜观察一近处物体,放大者为凸透镜,缩小者为凹透镜。方法 二:将透镜放入光具座上,对箭物能成像于屏上者为凸透镜,不能成像于屏上 者为凹透镜。 ⒋测凹透镜焦距的实验成像条件是什么两种测量方法的要领是什么 答: 一是要光线近轴,这可通过在透镜前加一光阑档去边缘光线和调节共轴等高来实现;二是由于凹透镜为虚焦点,要测其焦距,必须借助凸透镜作为辅助透镜来实现。 物距像距法测凹透镜的要领是固定箭物,先放凸透镜于光路中,移动辅助凸透 镜与光屏,使箭物在光屏上成缩小的像(不应太小)后固定凸透镜,记下像的坐标位置(P );再放凹透镜于光路中,并移动光屏和凹透镜,成像后固定凹透镜(O 2),并记下像的坐标位置(P′);此时O 2P =u ,O 2P′=v 。 用自准法测凹透镜焦距的要领是固定箭物,取凸透镜与箭物间距略小于两倍凸 透镜的焦距后固定凸透镜(O 1),记下像的坐标位置(P );再放凹透镜和平面镜于O 1P 之间,移动凹透镜,看到箭物平面上成清晰倒立实像时,记下凹透镜的坐标位置(O 2),则有f 2 =O 2P 。 ⒌共轭法测凸透镜焦距时,二次成像的条件是什么有何优点 @ 答:二次成像的条件是箭物与屏的距离D 必须大于4倍凸透镜的焦距。用这种方 法测量焦距,避免了测量物距、像距时估计光心位置不准所带来的误差,在理 论上比较准确。 6.如何用自准成像法调平行光其要领是什么 答:固定箭物和平面镜,移动箭物与平面镜之间的凸透镜,使其成清晰倒立实像于

分子动力学模拟讲解

分子动力学模拟 一,软件: NAMD:https://www.360docs.net/doc/9312947269.html,/Research/namd/免费注册之后进行免费下载, 只需要下载解压不需要安装 VMD:https://www.360docs.net/doc/9312947269.html,/Research/vmd/免费,分子可视化和辅助分析软 件 二,分子动力学模拟需要的数据文件包括: (1)蛋白质的PDB文件,此文件只记录原子空间位置,能够从RCSB管理的PDB数据库(https://www.360docs.net/doc/9312947269.html,/pdb/)下载。 (2)PSF文件,此文件负责储存蛋白质的结构信息,记录蛋白质原子之间的成键情况。用户需要根据自己要求生成该文件。 (3)力场参数文件。此文件是分子动力学模拟的核心。CHAYMM,X-PLOR,AMBER和GROMACS 是经常用到的四种力场。NAMD能够利用上述每一种力场执行分子动力学模拟。 (4)配置文件(configuration file)。此文件作用是告知NAMD分子动力学模拟的各种参数,例如PDB和PSF两个文件保存的位置,模拟结果储存在哪里,体系的温度是多少等等。此文件也是要用户根据需求自己生成。同一配置的电脑,蛋白质分子大小不同,模拟运行的时间也不同,通常大蛋白质需要较长的时间。 三.以蛋白质1L63为例给出操作说明。 在PDB数据库下载蛋白质1L63. 建立文件夹1L63,其中包括以下几个文件,其中.conf文件需要修改,下面第4步会讲到。 以下生成PSF文件: 1.单击VMD,file-New Molecule-打开Molecule File Browser对话框,单击Browse按钮,在文件浏览器中找到文件夹1L63,在此文件夹中选择1L63.pdb,单击Load按钮载入1L63.pdb 2.除去pdb文件中带有的水分子 单击Extension-TK Console,弹出VMD Tk Console窗口。 首先用cd命令改变当前目录到1L63文件夹下,然后输入下列命令: set L63[atomselect top protein] $L63writepdb L63p.pdb 这样,1L63文件夹下就生成了文件L63P.pdb。这一PDB文件仅包含蛋白质,不包含水分子。 3.生成psf文件。 注意,这里仅讲全自动的psf文件生成器,描述如下: 选择Extensions-Modeling-Automatic PSF Builder菜单项,点击左上角的Options,选择Add solvation box,和Add neutralizing ions,点击右下角的I’m feeling lucky按钮,

大学物理实验思考题答案

实验一:用三线摆测物体的转动惯量 1. 是否可以测摆动一次的时间作周期值?为什么? 答:不可以。因为一次测量随机误差较大,多次测量可减少随机误差。 2. 将一半径小于下圆盘半径的圆盘,放在下圆盘上,并使中心一致,讨论此时三线摆的周期和空载时的周期相比是增大、减小还是不一定?说明理由。 答:当两个圆盘的质量为均匀分布时,与空载时比较,摆动周期将会减小。因为此时若把两盘看成为一个半径等于原下盘的圆盘时,其转动惯量I0小于质量与此相等的同直径的圆盘,根据公式(3-1-5),摆动周期T0将会减小。 3. 三线摆在摆动中受空气阻尼,振幅越来越小,它的周期是否会变化?对测量结果影响大吗?为什么? 答:周期减小,对测量结果影响不大,因为本实验测量的时间比较短。 [实验二] 金属丝弹性模量的测量 1. 光杠杆有什么优点,怎样提高光杠杆测量的灵敏度? 答:优点是:可以测量微小长度变化量。提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离b,可以提高灵敏度,因为光杠杆的放大倍数为2D/b。 2. 何谓视差,怎样判断与消除视差? 答:眼睛对着目镜上、下移动,若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移,这种现象叫视差,细调调焦手轮可消除视差。 3. 为什么要用逐差法处理实验数据? 答:逐差法是实验数据处理的一种基本方法,实质就是充分利用实验所得的数据,减少随机误差,具有对数据取平均的效果。因为对有些实验数据,若简单的取各次测量的平均值,中间各测量值将全部消掉,只剩始末两个读数,实际等于单次测量。为了保持多次测量的优越性,一般对这种自变量等间隔变化的情况,常把数据分成两组,两组逐次求差再算这个差的平均值。 [实验三]

大学物理实验报告思考题部分答案

实验十三 拉伸法测金属丝的扬氏弹性摸量 【预习题】 1.如何根据几何光学的原理来调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系?如何调节望远镜? 答:(1)根据光的反射定律分两步调节望远镜、光杠杆和标尺之间的位置关系。第一步:调节来自标尺的入射光线和经光杠杆镜面的反射光线所构成的平面大致水平。具体做法如下:①用目测法调节望远镜和光杠杆大致等高。②用目测法调节望远镜下的高低调节螺钉,使望远镜大致水平;调节光杠杆镜面的仰俯使光杠杆镜面大致铅直;调节标尺的位置,使其大致铅直;调节望远镜上方的瞄准系统使望远镜的光轴垂直光杠杆镜面。第二步:调节入射角(来自标尺的入射光线与光杠杆镜面法线间的夹角)和反射角(经光杠杆镜面反射进入望远镜的反射光与光杠杆镜面法线间的夹角)大致相等。具体做法如下:沿望远镜筒方向观察光杠杆镜面,在镜面中若看到标尺的像和观察者的眼睛,则入射角与反射角大致相等。如果看不到标尺的像和观察者的眼睛,可微调望远镜标尺组的左右位置,使来自标尺的入射光线经光杠杆镜面反射后,其反射光线能射入望远镜内。 (2)望远镜的调节:首先调节目镜看清十字叉丝,然后物镜对标尺的像(光杠杆面镜后面2D 处)调焦,直至在目镜中看到标尺清晰的像。 2.在砝码盘上加载时为什么采用正反向测量取平均值的办法? 答:因为金属丝弹性形变有滞后效应,从而带来系统误差。 【思考题】 1.光杠杆有什么优点?怎样提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度? 答:(1)直观 、简便、精度高。 (2)因为 D x b L 2?=?,即b D L x 2=??,所以要提高光杠杆测量微小长度变化的灵敏度L x ??,应尽可能减小光杠杆长度b (光杠杆后支点到两个前支点连线的垂直距离),或适当增大D (光杠杆小镜子到标尺的距离为D )。 2.如果实验中操作无误,得到的数据前一两个偏大,这可能是什么原因,如何避免? 答:可能是因为金属丝有弯曲。避免的方法是先加一两个发码将金属丝的弯曲拉直。 3.如何避免测量过程中标尺读数超出望远镜范围?

大学物理实验报告思考题答案大全

竭诚为您提供优质文档/双击可除大学物理实验报告思考题答案大全 篇一:大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 伏安法测电阻 实验目的(1)利用伏安法测电阻。(2)验证欧姆定律。 (3)学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理 根据欧姆定律, R??,如测得u和I则可计算出R。值得注意的是,本实验待测电阻有两只, 一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差。实验装置待测电阻两只,0~5mA电流表1只,0-5V电压表1只,0~50mA 电流表1只,0~10V电压表一只,滑线变阻器1只,

DF1730sb3A稳压源1台。 实验步骤本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时,可提示学生参照第2章中的第2.4一节的有关内容。分压电路是必须要使用的,并作具体提示。(1)根据相应的电路图对电阻进行测量,记录u值和I值。对每一个电阻测量3次。(2)计算各次测量结果。如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果。(3)如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量。数据处理 (1)由???u?umax??1.5%,得到???; u1??0.15V,???u2??0.075V (2)由???I?Imax??1.5%,得 到???I1??0.075mA,???I2??0.75mA; 22 )??(,求得uR1?9??101??,uR2??1?; (3)再由uR?3VI (4)结果表示R1?(2.92??0.09)??103??,R2??(44??1)?? 光栅衍射 实验目的 (1)了解分光计的原理和构造。(2)学会分光计的调节和使用方法。 (3)观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方

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