计算物理课件
合集下载
计算物理基础课件
➢ 理论物理 ➢ 实验物理 ➢ 计算物理？？？
2020/4/2
---
1.1 什么是计算物理？
理论物理是分析的科学，它从一系 列的基本原理和基本假设出发，列出相 应的数学方程，运用传统的或现在的数 学方法求出问题的显式解析解，用这些 解析解的结论去解释物理现象，预见新 的现象，指导实验。
2020/4/2
Computational Physics
计算物理基础
➢ 34 学时: 24学时课堂，10学时上机 ➢ 每隔两周，上机一次，30人/组
-
---
课程目的
计算物理是以电子计算机为工具、采用数学方 法解决物理问题的应用科学。
本课程的目的在于对计算物理进行一些入门指 导，使大家在学完本课程后，在组织一些较大 规模的计算时心中有数，少走弯路。
牛顿力学方程只有二体问题是可解得，三体以 上的问题折磨了全世界许多优秀的数学家和理论物 理学家，仍然没有解析解。
量子力学的薛定谔方程，除了氢原子和简谐振 子外没有一个真实的物理问题可以找到解析解。
2020/4/2
---
1.2 计算物理的起源、形成与发展
20世纪40年代初，在由于战争的需要开始了核 武器研制。涉及的问题：流体动力学过程、核反应 过程、中子输运过程、光辐射输运过程、物态变化 过程等；都是十分复杂的非线性方程组，不可能用 传统的解析方法求解。
2020/4/2
---
1.2 计算物理的起源、形成与发展
1954年11月，费米逝世，他的合作者继续工作， 于1955年5月写出Los Alamos 研究报告LA1940。这篇秘密报告历经多年、解密后被正式 收入《费米全集》。这篇具有重大意义的报告， 被许多人认为是计算物理的正式起点，因为它 提出了许多问题，带来了当时谁也未曾想到的 重大发展。
2020/4/2
---
1.1 什么是计算物理？
理论物理是分析的科学，它从一系 列的基本原理和基本假设出发，列出相 应的数学方程，运用传统的或现在的数 学方法求出问题的显式解析解，用这些 解析解的结论去解释物理现象，预见新 的现象，指导实验。
2020/4/2
Computational Physics
计算物理基础
➢ 34 学时: 24学时课堂，10学时上机 ➢ 每隔两周，上机一次，30人/组
-
---
课程目的
计算物理是以电子计算机为工具、采用数学方 法解决物理问题的应用科学。
本课程的目的在于对计算物理进行一些入门指 导，使大家在学完本课程后，在组织一些较大 规模的计算时心中有数，少走弯路。
牛顿力学方程只有二体问题是可解得，三体以 上的问题折磨了全世界许多优秀的数学家和理论物 理学家，仍然没有解析解。
量子力学的薛定谔方程，除了氢原子和简谐振 子外没有一个真实的物理问题可以找到解析解。
2020/4/2
---
1.2 计算物理的起源、形成与发展
20世纪40年代初，在由于战争的需要开始了核 武器研制。涉及的问题：流体动力学过程、核反应 过程、中子输运过程、光辐射输运过程、物态变化 过程等；都是十分复杂的非线性方程组，不可能用 传统的解析方法求解。
2020/4/2
---
1.2 计算物理的起源、形成与发展
1954年11月，费米逝世，他的合作者继续工作， 于1955年5月写出Los Alamos 研究报告LA1940。这篇秘密报告历经多年、解密后被正式 收入《费米全集》。这篇具有重大意义的报告， 被许多人认为是计算物理的正式起点，因为它 提出了许多问题，带来了当时谁也未曾想到的 重大发展。
精品课件-计算物理学(郭立新)-第11章
n r n r
第11章 泊松方程的边界元方法 代入式(11.3)可得
2
D
ln rd
ln r n
ds
1 r
cosds
1 r
rd
2π
(11.4)
第11章 泊松方程的边界元方法
根据式(11.1)~(11.3)的结果可知
(11.5(a))
1 2π
2
ln
r
, 0,
r0 r0
D
1 2π
2
ln rd
1
(11.5(b))
设在每一段上u、q近似为常数并等于该段中点处的值。 对于 给定的点i，(11.12)式可离散为
N
Ciui
{u
j 1
j
j
q*ds
qj j
u*ds} Bi
(11.13)
第11章 泊松方程的边界元方法
令 (11.14)
Hij q*ds C jij , Gij u*ds
j
j
Hij和Gij均可以通过计算得到，式(11.13)可重写为
Gij ] j 2
0 u1
1
u2
0 q3
其中
A= [ Gij j 1
Hij ] j 2
q1 1
X=
q2
R= [ Hij
u3 2
j 1
0 u1
Gij
]
1
u2
j 2 0 q3
第11章 泊松方程的边界元方法
即有
-1.693 - 0.822 -1.107 A - 0.561 -1.904 -1.571
向为n。 当Γi较小时，可认为n与该边界元垂直，即图中的r不 随n
i
q*ds
第11章 泊松方程的边界元方法 代入式(11.3)可得
2
D
ln rd
ln r n
ds
1 r
cosds
1 r
rd
2π
(11.4)
第11章 泊松方程的边界元方法
根据式(11.1)~(11.3)的结果可知
(11.5(a))
1 2π
2
ln
r
, 0,
r0 r0
D
1 2π
2
ln rd
1
(11.5(b))
设在每一段上u、q近似为常数并等于该段中点处的值。 对于 给定的点i，(11.12)式可离散为
N
Ciui
{u
j 1
j
j
q*ds
qj j
u*ds} Bi
(11.13)
第11章 泊松方程的边界元方法
令 (11.14)
Hij q*ds C jij , Gij u*ds
j
j
Hij和Gij均可以通过计算得到，式(11.13)可重写为
Gij ] j 2
0 u1
1
u2
0 q3
其中
A= [ Gij j 1
Hij ] j 2
q1 1
X=
q2
R= [ Hij
u3 2
j 1
0 u1
Gij
]
1
u2
j 2 0 q3
第11章 泊松方程的边界元方法
即有
-1.693 - 0.822 -1.107 A - 0.561 -1.904 -1.571
向为n。 当Γi较小时，可认为n与该边界元垂直，即图中的r不 随n
i
q*ds
与极值、范围有关的计算课件(共22页)
一、知识铺垫：
如图所示，电源电压为6V，
A
电流表量程为0-0.6A，电压表
R0
量程为0-3V,定值电阻R0=10Ω ， V R
滑动变阻器R上标有“20Ω 0.5A”字样。
1、当滑动变阻器向左滑动时， 串联电路中电阻如何变化？ 电流表示数如何变化？ 电压表示数如何变化？
一、知识铺垫：
例：如图所示，电源电压为6V，
A R0
量程为0-3V,定值电阻R0=10Ω ， V R 滑动变阻器R上标有“20Ω 0.5A”字样。
2、滑片向左移动时滑动变阻器R两端的电压如 何变化？
U总= U0 +U滑 R滑变小
U总不变，U0变大 分压能力变弱
U滑会变小 U滑会变小
一、知识铺垫：
例：如图所示，电源电压为6V，
A
电流表量程为0-0.6A，电压表
A
电流表量程为0-0.6A，电压表
R0
量程为0-3V,定值电阻R0=10Ω ， V R 滑动变阻器R上标有“20Ω 0.5A”字样。
1、当滑动变阻器向左滑动时， 串联电路中电阻如何变化？ 变小 电流表示数如何变化？ 变大 电压表示数U0如何变化？变大
一、知识铺垫：
例：如图所示，电源电压为6V，
电流表量程为0-0.6A，电压表
一般为铭牌上标注的最大值
R
max
=
U max I
R滑min
R = U总 R I min
max
电流表量程I I滑max
用电器I额
电压表量程 算出的电流值
Imax
=
U max R0
Imax
取四者 最小
总结
电路、用电器的电功率最值
（1）电路的电功率最值
精品课件-计算物理学(郭立新)-第3章
write(1,*)N,y1
第3章 物理学中定积分的数值计算方法
write(*,*)N,y1
！
method 2：
y2=0.0
do 20 j=0,N
x2=a
x2=x2+float(j)*(b-a)/float(N)
If(j.eq.0.or.j.eq.N) then
y2=y2+0.5*f(x2)*(b-a)/float(N)
第3章 物理学中定积分的数值计算方法
3.1 定积分基本数值算法及其应用 3.2 龙贝格法及其应用 3.3 高斯求积法 习题三
第3章 物理学中定积分的数值计算方法
3.1 定积分基本数值算法及其应用
3.1.1 矩形法、 梯形法和抛物线法(辛普森法) 1． 已知定积分 bf(x)dx，被积函数为f(x)，积分区间为［a，
2
f
( x2
)
4
f
(
x3
)
2
f
(
x4
)
2 f (xN 2 ) 4 f (xN 1) f (xN )]
N
Ci f (xi )x
i0
(3.5)
第3章 物理学中定积分的数值计算方法
其中 (3.6)
1
3
,
Ci
4
3
,
2 3
,
i 0, N i 1,3, i 2, 4,
第3章 物理学中定积分的数值计算方法
需要说明的是，被积函数有时并未写成y=f(x)的形式， 给出的被积函数是一组离散的数据点(xi，yi)，此时三种基本 数值方法仍然适用，只需将公式中的f(xi)替换为yi
【例3.1】 将区间(0，π/2)二等分，分别利用矩形法、 梯形法、 抛物线法计算积分
大学物理课件 2 电场强度的计算
P.6/38
q dq dl dl 2π R dq dE e 2 4 π 0r
O
r
P
d E
dE
x d E//
dq
dq
R
第９章 电荷与真空中的电场
r
dE
例9-5. 均匀带电圆平面的电场(电荷 面密度). 叠加原理: 圆盘 可看作由许多均 匀带电圆环组成.
F F1 F2 Fn E q0 q0 q0 q0
• 电场强度是点函数 E E (r , t ) 静电场 E E(r )
• 均匀电场 : 电场强度在某一区 域内大小, 方向都相同.
• 反映电场本身的性质, 与试验 电荷无关.
F F1 F2 Fn
ctgsinsincoscos第第99章章电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场p538coscossinsin点电荷场强无限长均匀带电直线周围的场强公式第第99章章电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场p638例例9944
9.2.2 电场强度
——描述电场强弱及方向性
第９章 电荷与真空中的电场
方向: 正试验电荷的受力方向
积分
E y dE y E z dE z
E
i
1 q e 2 r 4π 0 ri
E dE
3. 连续带电体电场
E Ex i E y j Ez k
dE
1 dq r 3 4π 0 r
P.2/38
例9-2. 求电偶极子的电场. 电偶极子: 相距很近的一对等量 异号电荷. l
r l
p 2 π 0r 3 (2) 连轴线中垂面上的场强
q dq dl dl 2π R dq dE e 2 4 π 0r
O
r
P
d E
dE
x d E//
dq
dq
R
第９章 电荷与真空中的电场
r
dE
例9-5. 均匀带电圆平面的电场(电荷 面密度). 叠加原理: 圆盘 可看作由许多均 匀带电圆环组成.
F F1 F2 Fn E q0 q0 q0 q0
• 电场强度是点函数 E E (r , t ) 静电场 E E(r )
• 均匀电场 : 电场强度在某一区 域内大小, 方向都相同.
• 反映电场本身的性质, 与试验 电荷无关.
F F1 F2 Fn
ctgsinsincoscos第第99章章电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场p538coscossinsin点电荷场强无限长均匀带电直线周围的场强公式第第99章章电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场p638例例9944
9.2.2 电场强度
——描述电场强弱及方向性
第９章 电荷与真空中的电场
方向: 正试验电荷的受力方向
积分
E y dE y E z dE z
E
i
1 q e 2 r 4π 0 ri
E dE
3. 连续带电体电场
E Ex i E y j Ez k
dE
1 dq r 3 4π 0 r
P.2/38
例9-2. 求电偶极子的电场. 电偶极子: 相距很近的一对等量 异号电荷. l
r l
p 2 π 0r 3 (2) 连轴线中垂面上的场强
八年级物理上册专题一 运动图象和速度计算课件
锥下落运动的是____( A 填图中的选项字母)。(阿凡题 1075313)
7．如图所示的图象中，描述的是同一种运动形式的是( D ) A．①与② B．①与③ C．③与④ D．②与③
8．(潍坊中考)如图所示，图甲是小车运动的s－t图象，在图乙中作出小车 运动的v－t图象。
9．(达州中考)有一圆形跑道，跑道长120 m，甲、乙同学沿跑道同时同地
解：(1)汽车的速度 v＝60 km/h，t＝0.4 h， 则从小明家到旅游景点的路程 s＝vt＝60 km/h×0.4 h＝24 km s1 s2 12 km 12 km 5 (2)从景点回家所用时间为 t′＝t1＋t2＝v ＋v ＝48 km/h＋72 km/h＝12 h，
1 2
s 24 km 从景点回家的平均速度 v′＝t′＝ 5 ＝57.6 km/h 12 h
13．如图所示是小明乘坐出租车后获得的车费发票，车票上显示了一些数 据，试根据其中的有关数据回答下列问题： (1)出租车行驶的平均速度是多少？
(2)由于受到雨淋，车票上金额一项已无法看清，小明在出租车的车门上看
到如下消息：“起步价10元，限2 km，运程超过2 km，按起步价加上超过的
里程以2.60元/千米收费。”根据这些消息，车票的金额应该为多少元？(保
(2)若“BRT”在某一地段运行时，先以60 km/h的速度运行60 s，停车12 s，
再以50 km/h的速度运行36 s，求“BRT”在这一地段的平均速度是多少？
s 24 km 解：(1)t＝v＝30 km/h＝0.8 h 60 36 (2)s1＝v1t1＝60 km/h×3600 h＝1 km， s2＝v2t2＝50 km/h×3600 h＝0.5 km， s总 s1＋s2 1 km＋0.5 km v＝ ＝ ＝ 12 36 ＝50 km/h t总 t1＋t2＋t3 60 3600 h＋3600 h＋3600 h
功的计算(课件)-高中物理同步备课(人教版2019必修第二册)
6、7种方法学了后面知识，再讲解。
06 绳子绕过滑轮做功
【例题】如图所示 ，A为静止在水平桌面上的物体, 其右有一个动滑轮O, 跨过动滑轮 的细绳的P端固定在墙壁上,于细绳的另一端Q用水平力F向右拉,物体向右滑动s的过程 中, 力F对物体做多少功? (上、下两段绳均保持水平)
法一：如果着眼于受力物体，它受到水平 向右的力为两条绳的拉力，合力为2F。因 而合力对物体所做的功为W=2Fs； 法二：如果着眼于绳子的Q端，即力F的作 用点，则可知物体向右滑动s位移过程中， Q点的位移为2s，因而力F拉绳所做的功 W=F·2s=2Fs
02
功率法
【典例】一台抽水机每秒能把30kg的水抽到10m高的水塔上，这台抽水机输出的功 率至少多大？如果保持这一输出功率，半小时内能做多少功？
解： 这台抽水机的输出功率：
P W mgh 301010 3103W
tt
1
它半小时能够做功：
W Pt 3103 30 60 5.4106 J
S合=2S cosα/2
W=F S合cosα/2 =FS(1+cosα)
解二：外力对物体所做的总功等效于水平绳和斜绳上的两个力做功的代数和
∴W=FS+FS cosα =FS（1+cosα)
s F
S合
α
A
s
F αF
【例题】质量为m的物块放在光滑的水平面上,绳的一端固定，在绳的另一端经动滑 轮用与水平方向成α角、大小为F的力拉物块，如图示，将物块由A点拉至B点，前 进S，求外力对物体所做的总功有多大？
F
Aα B
s
解一：注意W=FS cosα中的S应是力的作用点的位移,当物体向右移动s 时，力F 的作用点既有水平位移S，又有沿绳向的位移S，合位移为S合
06 绳子绕过滑轮做功
【例题】如图所示 ，A为静止在水平桌面上的物体, 其右有一个动滑轮O, 跨过动滑轮 的细绳的P端固定在墙壁上,于细绳的另一端Q用水平力F向右拉,物体向右滑动s的过程 中, 力F对物体做多少功? (上、下两段绳均保持水平)
法一：如果着眼于受力物体，它受到水平 向右的力为两条绳的拉力，合力为2F。因 而合力对物体所做的功为W=2Fs； 法二：如果着眼于绳子的Q端，即力F的作 用点，则可知物体向右滑动s位移过程中， Q点的位移为2s，因而力F拉绳所做的功 W=F·2s=2Fs
02
功率法
【典例】一台抽水机每秒能把30kg的水抽到10m高的水塔上，这台抽水机输出的功 率至少多大？如果保持这一输出功率，半小时内能做多少功？
解： 这台抽水机的输出功率：
P W mgh 301010 3103W
tt
1
它半小时能够做功：
W Pt 3103 30 60 5.4106 J
S合=2S cosα/2
W=F S合cosα/2 =FS(1+cosα)
解二：外力对物体所做的总功等效于水平绳和斜绳上的两个力做功的代数和
∴W=FS+FS cosα =FS（1+cosα)
s F
S合
α
A
s
F αF
【例题】质量为m的物块放在光滑的水平面上,绳的一端固定，在绳的另一端经动滑 轮用与水平方向成α角、大小为F的力拉物块，如图示，将物块由A点拉至B点，前 进S，求外力对物体所做的总功有多大？
F
Aα B
s
解一：注意W=FS cosα中的S应是力的作用点的位移,当物体向右移动s 时，力F 的作用点既有水平位移S，又有沿绳向的位移S，合位移为S合
大学物理电动势的计算课件
常见的能量转换情势
常见的能量转换情势包括机械能转换为电能、化学能转换为电能、太阳能转换为电能等。 这些转换都离不开电动势的作用。
04
实验：测量电动势
实验目的
掌握电动势的测量原 理和方法。
培养实验操作和数据 处理能力。
了解不同电源的电动 势和内阻。
实验原理
01
电动势是电源将其他情势的能 转化为电能的本领，单位为伏 特（V）。
02
电源的电动势等于电源没有接 入电路时两极间的电压。
03
通过测量电源在不同负载下的 端电压和电流，可以计算电动 势和内阻。
实验步骤与数据记录
2. 将电源、电压表、电流表 、可调电阻按照电路图连接
。
1. 准备实验器材：电源、电 压表、电流表、可调电阻、
导线等。
01
载下的电流和电压值。
大学物理电动势的计算课件
目录
• 电动势的基本概念 • 电动势的计算方法 • 电动势的应用 • 实验：测量电动势 • 习题与解答
01
电动势的基本概念
电动势的定义
电动势是衡量非静电力做功能力的物 理量，表示非静电力把单位正电荷从 负极经电源内部移到正极所做的功。
在电路中，电动势的大小等于非静电 力所做的功与电荷量的比值，即 $E = frac{W}{q}$。
解析2
对于进阶习题部分，难度有所提升。除了考察交变电动势的瞬时值的表达式外，还涉及 到了一些物理量的计算和推导。例如通过瞬时值的表达式求出最大值和角速度，进而得
到周期。
THANK YOU
基础习题
• 题目2： 一矩形线圈在匀强磁场 中匀速转动产生的感应电动势e = evwtsinwt，则下列判断正确 的是 ()
基础习题
常见的能量转换情势包括机械能转换为电能、化学能转换为电能、太阳能转换为电能等。 这些转换都离不开电动势的作用。
04
实验：测量电动势
实验目的
掌握电动势的测量原 理和方法。
培养实验操作和数据 处理能力。
了解不同电源的电动 势和内阻。
实验原理
01
电动势是电源将其他情势的能 转化为电能的本领，单位为伏 特（V）。
02
电源的电动势等于电源没有接 入电路时两极间的电压。
03
通过测量电源在不同负载下的 端电压和电流，可以计算电动 势和内阻。
实验步骤与数据记录
2. 将电源、电压表、电流表 、可调电阻按照电路图连接
。
1. 准备实验器材：电源、电 压表、电流表、可调电阻、
导线等。
01
载下的电流和电压值。
大学物理电动势的计算课件
目录
• 电动势的基本概念 • 电动势的计算方法 • 电动势的应用 • 实验：测量电动势 • 习题与解答
01
电动势的基本概念
电动势的定义
电动势是衡量非静电力做功能力的物 理量，表示非静电力把单位正电荷从 负极经电源内部移到正极所做的功。
在电路中，电动势的大小等于非静电 力所做的功与电荷量的比值，即 $E = frac{W}{q}$。
解析2
对于进阶习题部分，难度有所提升。除了考察交变电动势的瞬时值的表达式外，还涉及 到了一些物理量的计算和推导。例如通过瞬时值的表达式求出最大值和角速度，进而得
到周期。
THANK YOU
基础习题
• 题目2： 一矩形线圈在匀强磁场 中匀速转动产生的感应电动势e = evwtsinwt，则下列判断正确 的是 ()
基础习题
2025年中考物理复习：电学计算+课件
随堂练习2
解:(1)当U2=2V,I=0.5A时,R2接入电路电阻为 R2’=U2/I=2V/0.5A=4Ω (2)U1=U-U2=6V2V=4V,R1=U1/I=4V/0.5A=8Ω (3)电流表最大为0.6A,则电路最小电阻为R小 =U/I大=6V/0.6A=10Ω R2小=R小一R1=10Ω-8Ω=2Ω 最压表最大测量为3V,则R1两端电压为UU2=6V-3V=3V R1\R2两端电压相等,则它们电阻相等也为8V, 所以R2接入电路阻值范围为2Ω-8Ω.
P A R1 b R2 a
S
不致损坏， 滑动变阻器的取值范围。
随堂练习2
2.如下面的电路中，电源电压恒定为6伏，滑动变阻器上标有“10Ω 1A”。闭合S后，电流表显示的示数为0.5A，电压表上的电压为2V。 求：（1）这个时候滑阻R2接入电路中的阻值。 （2）电阻R1的阻值。 （3）若电流表选用0～0.6A量程， 电压表选用0～3V量程。在电路安 全的条件下，滑动变阻器R2连入电 路中电阻变化的范围。
典型题讲解
例2.如右图,电源电压保持恒定。滑动变阻器R2最大阻值20Ω，
允许最大电流1A，电流表使用量程是0～0.6A，电压表接入的
量程为0～3V，电阻R1=5Ω。当滑片P在最右端a点时，闭合开
关S，电压表的示数为1.5V，求：
V
（1）通过电阻R1的电流。 （2）电源电压。 （3）为了保证电路能正常工作及各电表
典型题讲解
例1. 如下面图中所示的电路中，小灯泡L上标有“12V 6W”， R2＝12Ω，当开关S1和S2都闭合时，电路中的电流为0.8A， 这时侯小灯泡恰好可以正常发光，（忽略灯丝电阻变化）。
求：(1)电源电压U
(2)电阻R1的阻值 (3)当S1、S2都断开时， 小灯泡L消耗的功率。
2020年中考物理 专题复习 热量计算 课件(共28张PPT)
3200
16
16
电水壶烧水时的实际功率
W 2.25105 J P实 t 100s 2250W
(3)电水壶的电热转换效率是
Q吸 W
100%
1.512105 J 2.25105 J
100%
67.2%
2．小宇给奶奶购买了一台电热足浴盆，如图所示，其铭牌上的部分信息如下表。奶奶 准备使用它泡脚时，电热器在加热状态下正常工作，将足浴盆中5 kg的水由20℃加热到 40℃，所用时间为700s。水的比热容为4.2×103 J/（kg•℃），求：
中考物理复习 热学计算
复习框架
一、与比热容有关的热量计算 二、与热值有关的热量计算 三、（热机）效率 四、简单的电热综合
一、与比热容有关的热量计算
1、吸热：Q吸=cm（t末-t初） 2、放热：Q放=cm（t初-t末） 3、当不考虑热量损失时，有Q吸=Q放。
真题训练
1.小明用质量均为0.5kg水和另一种液体探究“不同物质的放热降温的快慢”的 实验．相同时间内放出热量相等，小明根据实验数据得到温度与时间的关 系图像，分析图像可以得出：____（甲/乙）物质为水，另一种液体在0～ 15min内放出的热量为____J，此过程通过____方式改变水和另一种液体的 内能。（c水=4.2×103J/(（kg.℃），c水＞c液）
汽油机的效率
4.在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有 20℃、质量为100g的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假如完全燃烧酒精3g．[水的 比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3.0×107J/kg]求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）此过程中酒精灯烧水的热效率． （3）科学研究表明：1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量．水 开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了5g，求此过程水汽化成水蒸气所 吸收的热量．
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汤文辉，计算物理讲义 国防科技大学
2013-7-15
计算物理基础
4
目 录
第一章 绪论(2课时) 第二章 数值积分微分方法(6课时) 第三章 非线性方程的数值解法(6课时) 第四章 常微分方程的数值解法(4课时)
第五章 插值法(4课时)
第六章 线性方程组的数值解法(4课时)
第七章 蒙特卡罗方法(4课时)
解析解的结论去解释物理现象，预见新
的现象，指导实验。
2013-7-15 计算物理基础 8
1.1 什么是计算物理？
实验物理是从实验观测出发，发现 新的物理现象，为理论物理提供总结新 的物理规律的素材，检验理论物理的假 设或理论物理预言的正确程度和适用范 围等
2013-7-15 计算物理基础 9
1.1 什么是计算物理？
的关键性环节，是事关国家命脉的大事‛。
2013-7-15
计算物理基础
26
1.3 计算物理的进一步发展 ——从计算物理到科学计算、战略计算 1984年，美国政府大幅度增加对科学计算经费的 支持，国家科学基金会成立了‚先进科学计算办 公室‛，制订全面高级科学计算发展规划，新建 成五个国家级高级计算中心。 1987年起，国家科学基金会把‚科学与工程计 算‛、‚生物工程‛、‚全局性的科学‛作为三 大优先重点支持领域。
1.3 计算物理的进一步发展 ——从计算物理到科学计算、战略计算
战略计算
1995年，美国为了确保核库存的性能、安全性、可 靠性和更新需要，开始实施‚加速战略计算创新计 划‛，通过逼真的建模和模拟计算来取代传统的反 复试验的工程处理方法，这主要依赖于先进的数值 计算和模拟能力，应用程序必须达到高分辨、三维、 全物理和全系统的水平。
2013-7-15
计算物理基础
30
1.3 计算物理的进一步发展 ——从计算物理到科学计算、战略计算 为确保战略计算目标的实现，采取五项策略措施 在三个防务计划实验室基础上成立‚战略计划和 模拟办公室‛，由国家统一指挥。 致力于开发高级应用软件
致力于发展高性能计算机
建立解决问题的环境
20世纪40年代初，在由于战争的需要开始了核 武器研制。涉及的问题：流体动力学过程、核反应 过程、中子输运过程、光辐射输运过程、物态变化 过程等；都是十分复杂的非线性方程组，不可能用 传统的解析方法求解。 由于需要在短时间内进行大量复杂的数值计算， 从而促使了计算机的延生和新物理学科的形成。
2013-7-15 计算物理基础 15
2013-7-15 计算物理基础 18
1.2 计算物理的起源、形成与发展
1954年11月，费米逝世，他的合作者继续工作， 于1955年5月写出Los Alamos 研究报告LA-1940。 这篇秘密报告历经多年、解密后被正式 收入 《费米全集》。这篇具有重大意义的报告，被 许多人认为是计算物理的正式起点，因为它提 出了许多问题，带来了当时谁也未曾想到的重 大发展。
2013-7-15 计算物理基础 25
1.3 计算物理的进一步发展 ——从计算物理到科学计算、战略计算
科学计算
1983年，在美国国防部、能源部、国家科学基金会和 国家航天局主持下，以美国著名数学家拉克斯为首的 不同学科的专家委员会向美国政府提出报告，强调
‚科学计算是关系到国家安全、经济发展和科技进步
掌握几类计算方法的基础或基本原理；
了解这些方法在若干物理学分支中的具体应用。
计算物理的实践性非常强，上机是本课程的一 个有机组成部分
本课程需具备高等数学和线性代数基本知识
2013-7-15 计算物理基础 3
主要参考书
马红孺，计算物理讲义
马东升等，数值计算方法，机械工业出版社
马文淦，计算物理学，科学出版社
2013-7-15 计算物理基础 16
1.2 计算物理的起源、形成与发展
费米（Fermi 1901－1954）：美籍意大利物理学家， 对统计物理、原子物理、原子核物理、粒子物理、 中子物理都有重要贡献。由于中子核反应的发现， 1938年获得诺贝尔物理学奖。 费米是20世纪上半叶国际上最有才华的科学家之一， 在第二次世界大战期间，他领导建设了第一个实现 原子核链锁裂变的反应堆。
2013-7-15 计算物理基础 12
1.2 计算物理的起源、形成与发展
传统的物理学：理论物理，实验物理，都离 不开数值计算，如海王星的发现及其轨道计算就是 一个典型例子。 但早期的计算仅使用人力或简单的计算工具， 其功能和效率都极其有限。这种计算不能成为一个 学科分支。
2013-7-15
计算物理基础
1.2 计算物理的起源、形成与发展
1944年，世界上第一台‚自动序列受控计算机 Mark I制成，主要部件是继电器，速度仅每秒
3次加法。在美国原子弹研制中起了重要作用。
1946年初，世界上第一台电子管计算机ENLAC
投入运行，速度为每秒5000次加法。
电子计算机的出现，为计算物理奠定了物质基 础。
科学家们从原子弹设计中使用计算机求解复 杂物理问题取得成功而得到启示，迅速将这种方 法推广应用到物理学的其他领域：天体物理、大 气物理、等离子体物理、核物理、原子分子物理、 固体物理、统计物理和基本粒子物理等，而且还 应用到气象预报、水利、海洋、地震、石油、化 工甚至人体科学等各个科学技术领域。
2013-7-15 计算物理基础 21
计算物理是伴随着电子计算机的出现和发 展而逐步形成的一门新兴的边缘学科。 是以电子计算机为工具、采用数学方法解 决物理问题的应用科学。 是物理、数学和计算机三者相结合的产物。
2013-是计算物理？
计算物理中的‚计算‛，不是上物理课做习 题时进行的那种简单计算；不是用古典的数学物 理方法来完成的计算； 而是运用计算机对复杂的物理问题所进行的 数值计算或模拟实验（模拟物理过程，研究物理 规律，检验理论预测的正确性，核实实验数据的 可靠性等等），从而探索和发现新的物理规律。
促进战略联合与协作
2013-7-15 计算物理基础 31
1.3 计算物理的进一步发展 ——从计算物理到科学计算、战略计算 美国为实施‚战略计算创新计划‛ 实施日程表： 1995年8月22日能源部采购一台世界上最快的计 算机（运算速度超过万亿次）交付Sendia实验室 1995年10月20日，建成三个防务实验室之间第一 个高速数据网络。 1996年2月20日，能源部公开招标，采购两台运 算速度达3万亿次的计算机交给Los Alamos和 Livermore，并竞争下一代系统：10万亿次。结 果，2004年实现了100万亿次计算机。
2013-7-15 计算物理基础 11
1.1 什么是计算物理？
现在流行的数学工具软件，如Maple，Matlab， Mathematica，已将绝大多数数值计算方法设计成 简单的函数，经简单的调用就可得出结果。但由 于实际问题具体特性的复杂性以及算法自身的适 用范围决定了应用中必须选择和设计适合于自己 所要解决的特定问题的算法，因而掌握数值计算 方法的思想和内容是必须的
第八章 有限元方法
2013-7-15 计算物理基础 5
第一章
绪
论
1.1、什么是计算物理？
1.2、计算物理 的起源、形成与发展
1.3、计算物理的进一步发展
从计算物理到科学计算、战略计算
1.4、计算物理的特征 1.5、计算物理的工作流程 1.6、计算物理的研究方法
2013-7-15 计算物理基础 6
1.1 什么是计算物理？
2013-7-15 计算物理基础 24
1.2 计算物理的起源、形成与发展
中国的计算物理始于20世纪50年代末，开始主要用 于核物理领域和核武器的研制工作，然后扩展到其 它领域。1982年8月成立中国计算物理学会，已建 立了7个专业委员会和6个地方分会。 1984年，中国《计算物理》杂志创刊。 1989年，开始出版《计算物理丛书》。 1991年，开始出版《科学与工程计算丛书》
1.2 计算物理的起源、形成与发展
1963年，美国的Beini，Alder等人开始编辑出 版《计算物理方法》丛书，内容涉及统计物理、量 子力学、流体力学、核物理、天体物理、固体物理、 等离子体物理、地球物理和大气环流等。 1966年，Journal of Computational Physics 在美国创刊；1969年，Computer Physics Communication在西欧创刊。 1977年，美国和西欧的学者开始编辑出版《计 算物理施普林格系列丛书》，到1988年已出17本；
2013-7-15 计算物理基础 19
1.2 计算物理的起源、形成与发展
从此，物理问题的计算与计算机相互促进，开 始蓬勃发展。
1950年，全世界还只有15台计算机，
到1962年9月，仅美国就有了16817台。
现在的计算机不计其数！
2013-7-15
计算物理基础
20
1.2 计算物理的起源、形成与发展
13
1.2 计算物理的起源、形成与发展
牛顿力学方程只有二体问题是可解得，三体 以上的问题折磨了全世界许多优秀的数学家和理论 物理学家，仍然没有解析解。 量子力学的薛定谔方程，除了氢原子和简谐 振子外没有一个真实的物理问题可以找到解析解。
2013-7-15
计算物理基础
14
1.2 计算物理的起源、形成与发展
2013-7-15 计算物理基础 22
1.2 计算物理的起源、形成与发展
1965 年 ， Harlow 和 Fromm 在 《Scientific American》杂志发表‚流体力学的计算机实验‛一 文 。 几 乎 同 时 ， Macagno 在 法 国 《La Haulille Blanche》杂志上发表‚水力学模拟的某些新方面‛ 的论文。第一次提出了计算机实验和数值模拟的概 念。
2013-7-15 计算物理基础 27