计算物理是计算机诞生以后发展起来的新学科,它与理论物理、实验物理并称为物理研究的三大方法。计算物理用先进的计算机来解数学问题,大大提升了人们解决问题的能力与效率,因此是广大物理工作者的主要研究手段之一。
计算物理研究的物理问题的全过程包括“物理问题的建模,选择数值算法,用语言编程及上机计算,分析数据结果”等几个步骤。与此相对应,本课程教学内容可划分为工具篇,算法篇,应用篇三个部分。其中工具篇介绍MATLAB软件与编程训练,算法篇与应用篇是交叉进行。介绍了数值微积分,矩阵运算,插值与拟合,快速傅里叶变换,求方程零点,解常微分方程与偏微分方程等等,此外还介绍了蒙特卡洛方法等。
第一章,学习MATLAB 第一节 MATLAB的操作界面
01MATLAB的操作界面
02MATLAB指令窗七种功能
03编辑实时脚本文件
第二节 数据组织
04矩阵及其运算
05列阵、数据网格、基元列阵及结构列阵
06数据存储与显示
07浮点运算与数字运算的误差
第三节 编程知识
08编程
09流程控制
第四节 作图知识
16 标量场可视化
17 矢量场可视化
18 物理场可视化应用
10 作图
11 画二维图
12 画三维图
13 双缝干涉与Logistic模型
14 图形句柄与动画
15 动画线
第五节 符号运算
19 建立符号对象
20 导数、积分、极限、与级数的计算
21 解代数方程
22 解代数方程组和复杂方程
23 解常微分方程
24 表达式化简
25 整理表达式
26 符号计算应用
27 矢量分析与积分变换
第一章作业
第二章 编程技巧训练 ————画分形图
28 分形几何学与分形图形
29 用Lindenmayer system画分形图
30 用相似图形移动法重画分形图形
31 相似移动法应用举例
32 复数迭代的分形图形
第二章作业
第三章 数值微分积分
33 数值微分的计算
34 数值积分的算法—数值积分之一
35 用函数做数值积分之一—应用匿名函数
36 用函数作数值积分之二—应用函数文件
37 本地函数与嵌套函数
第三章作业
75带电圆环的电势与电场——综合应用例题之一
第四章 求方程的零点(方程求根)
38 求方程零点的算法
39 求方程零点的指令
40 半经典分子振动能级
第四章作业
第五章 解常微分方程
41 龙格—库塔法
42 变步长与解方程组
43 解常微分方程的指令及用法
44 初值问题应用实例
45 事件(events)问题
46 刚性问题
47 求解边值问题
48 用打靶法解本征值问题
49 谐振子能级
50 用指令bvp4c解谐振子能级
第五章作业一
第五章作业二
第六章 解偏微分方程
51 用差分法解热传导方程
52 势垒贯穿
53 解弦振动方程
54 解椭圆型方程
55 迭代法与松驰法
56 偏微分方程工具箱
57 用PDETOOL解椭圆型方程与抛物型方程
58 用PDETOOL解波动方程与本征值方程
59 特殊函数
60 特殊函数的应用
第六章作业