计算物理三教学大纲
《普通物理学(3)(现代物理基础)》课程教学大纲
《普通物理学(3)(现代物理基础)》课程教学大纲一、课程基本情况二.课程性质与任务普通物理学(3)(现代物理基础)为物理学专业的必修课,是物理学专业的一门重要基础课,它是学生开始进入微观世界研究领域的入门课程。
通过本课程的学习,掌握原子的基本结构、原子的能级和光谱的基本规律、有关原子的基本概念(原子的量子态、电子自旋、泡利原理等)、原子的重要实验事实和原子核的性质以及核反应的基本规律,了解在原子领域中经典物理遇到的主要困难,为克服这些困难而引入的一些全新的分析方法和推理方法,一些与经典物理不同的新概念,为以后继续学习《量子力学》课程、近代物理实验和应用物理其它专业课程奠定基础。
三. 课程主要教学内容及学时分配四.课程教学基本内容和基本要求(一)绪论、原子的基本状况1.了解物理学的研究方法和发展历史。
2.熟悉原子的质量,熟练掌握原子半径的计算,了解电子的质量和电荷以及阿伏伽德罗等各种常数。
3.了解Thomson原子模型和不合理的原因;掌握库仑散射公式和卢瑟福散射公式的推导。
4.掌握原子核大小的估计和原子的核式结构,并了解核式模型的意义和困难。
(二)原子的能级与辐射1.了解黑体辐射和普朗克量子假说;复习大学物理中的光电效应方程;了解实验光谱学的分类和测量(激发和发射光谱),2.掌握氢原子的巴耳末、赖曼、帕邢和布喇开等光谱线系;了解玻尔理论三部曲:定态、频率条件。
3.掌握氢原子及类氢离子光谱规律及及类氢离子光谱线系公式;掌握玻尔理论的要点,会画能级跃迁图;4. 理解夫兰克—赫兹实验原理、方法及结论;一般了解索末菲量子化条件及应用;理解玻尔对应原理、玻尔理论的地位和缺陷;5.了解原子的自发辐射、受激辐射与吸收。
(三)量子力学初步1. 掌握光的波粒二象形;掌握德布罗意物质波的公式;了解戴维孙-革末实验。
2. 掌握不确定关系,会用于简单量子体系。
3. 理解几率波的概念;掌握薛定谔方程和方程中各项的意义。
4. 掌握求解定态薛定谔方程(本征问题)的基本步骤、无限深势垒;了解隧道效应;了解谐振子问题并理解零点能;理解氢原子薛定谔方程解中各量子数l m l n ,,的意义。
初中物理教学大纲
初中物理教学大纲一、教学目标:1.培养学生对物理学科的兴趣和学习的积极性,学会运用科学思维解决问题。
2.掌握基本物理知识,了解物理学的基本概念和原理,形成初步的物理思维。
3.培养学生的实验观察和分析能力,培养科学实验的方法和过程意识。
4.培养学生的合作学习能力,提高学生的团队协作意识和能力。
5.培养学生对物理学科的实践应用和科学探究的兴趣,为今后深造打下坚实的基础。
二、教学内容:1.物理学科的基本概念和术语,包括物质、能量和运动等的基本定义和区分。
2.机械运动学,包括匀速直线运动、变速直线运动、抛体运动和曲线运动等基本运动规律。
3.力学,包括牛顿三定律、动力学和静力学等力学原理的基本概念和应用。
4.力与压强,包括力的计算和压强的概念,以及仰角、浮力和大气压力等相关知识。
5.能量转化,包括重力势能和动能、机械能守恒、功和功率等基本概念和计算方法。
6.物态变化,包括固体、液体和气体在温度变化和压力变化下发生的物态变化过程,以及相关的热量和热能转移。
7.光学,包括光的反射、折射和色散等基本概念和现象,以及光的传播和成像等基本原理。
8.电学,包括电荷、电流和电压的基本概念,以及电路的基本组成和各种电器的原理和应用等。
三、教学方法:1.采用多媒体教学手段,结合实物演示和电子资源,形象生动地展示物理现象和实验过程。
2.培养学生的实践能力,注重实验教学和探究性学习,引导学生亲自动手操作、观察和分析结果。
3.注重课堂互动和小组合作学习,鼓励学生思考和提问,积极参与讨论和解决问题。
4.培养学生的应用能力和解决问题的能力,注重培养学生的物理思维和科学方法。
5.培养学生的学习兴趣和学习策略,激发学生的学习动力,注重培养学生的学习习惯和学习能力。
6.与其他学科进行跨学科融合,引导学生将物理知识应用于实际和日常生活中。
四、教学评价:1.采用多样化的评价方式,包括平时表现、作业成绩、实验报告和期末考试等多个方面评估学生的综合素质和学习成绩。
高中物理计算教案设计
高中物理计算教案设计
课题:物理计算
教学目标:
1.了解物理计算的基本概念和原理。
2.掌握物理计算中常用的计算方法和公式。
3.能够运用物理计算方法解决实际物理问题。
教学重点:
1.物理计算的基本概念和原理。
2.物理计算中常用的计算方法和公式。
教学难点:
1.如何有效运用物理计算方法解决实际物理问题。
教学准备:
1.教师准备:讲义、黑板、投影仪等。
2.学生准备:笔记本、铅笔、计算器等。
教学过程:
一、导入(5分钟):
通过引入一个简单的物理计算问题,引起学生的兴趣,激发学生对物理计算的探究。
二、讲解(15分钟):
1.讲解物理计算的基本概念和原理。
2.介绍物理计算中常用的计算方法和公式。
三、练习(20分钟):
1.指导学生进行一些简单的物理计算练习,巩固所学知识。
2.引导学生思考和解决一些实际物理问题。
四、总结(5分钟):
通过总结本节课的重点内容,让学生对物理计算的基本概念和方法有一个清晰的认识。
五、作业布置(5分钟):
布置相关的物理计算作业,巩固学生对所学知识的理解和掌握。
教学反思:
通过本节课的教学,学生能够初步了解物理计算的基本概念和方法,并能够熟练运用物理计算方法解决简单的物理问题。
在以后的物理学习中,学生将更好地掌握物理知识,提高物理计算能力。
高中物理教案3一3教案
高中物理教案3一3教案
教学目标:学生能够理解物体内能和熵的概念,掌握热容和热传导的相关知识,同时能够应用这些知识解决实际问题。
教学重点:内能和熵的概念、热容和热传导的计算方法。
教学难点:内能和熵的概念的理解和应用。
教学准备:物理教科书、黑板、教学PPT、实验器材。
教学步骤:
一、导入(5分钟)
介绍热力学的基本概念,引入本节课的学习内容。
二、讲解内能和熵(15分钟)
1. 内能和熵的概念
2. 内能和熵的计算方法
3. 内能和熵的应用举例
三、讲解热容和热传导(20分钟)
1. 热容的概念和计算方法
2. 热传导的概念和计算方法
3. 热容和热传导的区别和联系
四、实验演示(15分钟)
进行一个与热容和热传导相关的实验演示,让学生亲自操作并观察实验现象。
五、课堂讨论(10分钟)
让学生分享自己的实验观察结果和解题过程,引导他们互相讨论,澄清疑惑。
六、总结与作业布置(5分钟)
总结本节课的重点内容,并布置相关作业,巩固学生的理解和应用能力。
教学反思:
本节课设计紧扣教学内容,通过理论讲解和实验演示相结合的方式,引导学生理解热力学
的基本概念,培养学生的实验操作能力和问题解决能力。
同时,通过课堂讨论和作业布置,巩固学生的学习成果,提高他们的综合素质。
初中物理教学大纲
初中物理教学大纲一、引言在初中物理学科的教学中,制定一份合理的教学大纲对于达到教学目标至关重要。
本文将介绍初中物理教学大纲的制定原则、内容安排和实施方法,旨在提供一份全面有效的指导,帮助教师们更好地开展物理教学工作。
二、教学大纲的制定原则1. 符合课程标准:教学大纲需要紧密参照国家或地方教育部门发布的教育课程标准,确保覆盖相关学科内容要点和学习目标。
2. 层次分明:教学大纲应该按照教学时序和学科难易程度,将知识点分为不同层级,确保学生能够逐步掌握并提升物理学习能力。
3. 综合考虑:教学大纲需要综合考虑学生的年级、学科背景和学习兴趣等因素,合理安排内容和教学方法,以促进学生的主动学习和兴趣培养。
4. 简明扼要:教学大纲应该使用简洁明了、准确清晰的语言,便于教师和学生理解和实施,并避免不必要的重复和冗长。
三、教学大纲的内容安排1. 教学目标:明确教学目标,包括知识的掌握、能力的培养和情感态度的培养等方面。
例如,培养学生对物理科学的兴趣和好奇心,提升学生的科学思维和实践能力等。
2. 单元划分:按照不同的物理概念或主题,将全年的学习内容划分为多个单元。
例如,力与压力、光的传播和反射、电流与电路等。
3. 知识点细化:对每个单元内的知识点进行具体细化,确保每个知识点都得到充分的解释和理解。
例如,在光的传播和反射单元中,涉及到光的折射、反射定律、镜像等具体概念和原理。
4. 学习活动和实践:规划学生参与的学习活动和实践任务,帮助学生巩固所学知识、锻炼实际应用能力和培养科学探究精神。
例如,设计和进行简单的物理实验、参观科技馆等。
5. 考核方式:设计合适的考核方式,评估学生对知识掌握情况和能力培养的成效。
可以包括课堂小测验、实验报告、作业任务等。
四、教学大纲的实施方法1. 教学组织:根据教学大纲,合理组织教学内容和进度安排。
确保有足够的时间进行知识讲解、学习活动和实践任务。
2. 教学资源:为教师提供必要的教学资源和辅助材料,如教科书、教具、演示实验器材等,以促进学生对物理知识的理解和应用。
物理教学大纲:高三下学期
物理教学大纲:高三下学期一、教学目标知识与技能1. 掌握高中物理基本概念、原理和定律。
2. 能够运用物理知识解决实际问题。
3. 熟悉物理学的研究方法和发展趋势。
过程与方法1. 培养观察、实验、分析和解决问题的能力。
2. 学会运用物理学原理进行逻辑推理和论证。
3. 掌握物理实验技能,能够独立完成实验。
情感态度价值观1. 树立科学的世界观,培养创新精神和团队合作意识。
2. 认识物理学科在科学技术发展中的重要作用。
3. 关注人类生存和发展中的物理问题,提高社会责任感和使命感。
二、教学内容1. 选修3-31.1 分子动理论1.1.1 分子动理论的基本观点1.1.2 扩散现象1.1.3 温度的微观意义1.2 固体晶体1.2.1 晶体的特点1.2.2 常见晶体结构1.2.3 晶体物理性质的特点1.3 液体表面张力1.3.1 表面张力的概念1.3.2 表面张力产生的原因1.3.3 表面张力在实际生活中的应用1.4 热力学第一定律1.4.1 热力学第一定律的表述1.4.2 热力学第一定律的应用1.5 热力学第二定律1.5.1 热力学第二定律的表述1.5.2 热力学第二定律的实际应用1.6 熵增加原理1.6.1 熵增加原理的表述1.6.2 熵增加原理的意义2. 选修3-42.1 振动与波2.1.1 简谐振动2.1.2 周期振动与频率2.1.3 振动的能量2.2 波的基本性质2.2.1 波的传播2.2.2 波的干涉2.2.3 波的衍射2.3 波的多普勒效应2.3.1 多普勒效应的原理2.3.2 多普勒效应的应用2.4 电磁波2.4.1 电磁波的产生2.4.2 电磁波的传播2.4.3 电磁波的谱3. 选修3-53.1 动量守恒定律3.1.1 动量守恒定律的表述3.1.2 动量守恒定律的应用3.2 碰撞3.2.1 弹性碰撞与非弹性碰撞3.2.2 碰撞动能的计算3.3 守恒定律的综合应用3.3.1 复杂系统的动量守恒3.3.2 守恒定律在实际问题中的应用3.4 原子物理3.4.1 原子的核式结构3.4.2 原子核的衰变3.4.3 放射性应用三、教学安排四、教学方法与手段1. 采用问题驱动的教学方法,引导学生主动探索、分析和解决问题。
《物理化学Ⅲ》(80学时)课程大纲
《物理化学Ⅲ》课程教学大纲根据2015版化工类本科培养计划英文课程名称:Physical Chemistry I课程编号:B043022总学时:80总学分:5先修课程:高等数学、概率与统计、大学物理、无机化学、分析化学、有机化学等适用专业:应用化学、化学工程、制药、材料、材化、生物、生技、食品、轻化工等开课单位:化学工程学院 物理化学教研室执笔人: 审校人:一、课程教学内容绪论物理化学课的目的和基本内容;学习物理化学的要求及方法;物理化学量的表示及运算:物理量的表示;对数中的物理量;量值计算。
第一章 气体的P V T 关系第一节 理想气体的状态方程理想气体状态方程;理想气体模型;摩尔气体常数。
第二节 理想气体混合物混合物的组成;理想气体状态方程对理想气体混合物的应用;道尔顿定律;阿马加定律。
第三节真实气体的液化与临界参数液体的饱和蒸气压;临界参数;真实气体的m V p -图及气体的液化。
第四节 真实气体的状态方程真实气体的m V p -图及波义尔温度;范德华方程;维里方程;其他重要方程举例。
第五节 对应状态原理及普遍化压缩因子图压缩因子;对应状态原理;普遍化压缩因子图。
第二章 热力学第一定律第一节热力学基本概念及术语系统和环境;状态和状态函数;过程和途径。
第二节 热力学第一定律功;热;热力学能;热力学第一定律。
第三节 恒容热、恒压热及焓恒容热;恒压热;焓;H Q U Q P v ∆=∆=,两关系式的意义。
第四节 摩尔热容热容;气体恒容变温过程;气体恒压变温过程;凝聚态物质变温过程。
焦尔实验;焦尔实验的讨论;理想气体的热力学能;理想气体的焓。
第五节 相变焓相变焓;相变焓与温度的关系。
第六节化学反应焓化学计量数;反应进度;摩尔反应焓;标准摩尔反应焓。
第七节标准摩尔反应焓反应焓的计算由标准摩尔生成焓及由标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓;标准摩尔燃烧焓及由标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓;标准摩尔反应焓随温度的变化—基希霍夫公式;恒容反应热与恒压反应热之间的关系;燃烧和爆炸反应的最高温度。
初中物理教学大纲
初中物理教学大纲一、教学目标通过初中物理教学,培养学生对物理的基本认识和兴趣,了解物理学的发展历程和实验方法,掌握物理的基本概念和基本知识,培养学生的科学思维能力和实验操作能力,培养学生的创新意识和解决问题的能力。
二、教学内容1. 力学1.运动和力2.力的合成和分解3.物体的平衡4.物体的运动5.动能和功6.能量守恒定律7.牛顿运动定律8.万有引力定律2. 热学1.温度和热量2.热的传递和热量计算3.热力学定律4.热量传递的应用3. 光学1.光的反射和折射2.光的成像和光学仪器3.光的色散和光的波动性4.光的干涉和衍射4. 电学1.电荷和电场2.电流和电阻3.电路和电能4.静电场和静电力5.电磁感应和电磁波5. 声学1.声音的产生和传播2.声音的特性和应用三、教学方法1. 实验教学法通过进行物理实验,让学生亲自动手操作、观察实验现象,培养学生的实验操作能力和观察分析能力,帮助学生更好地理解物理原理。
2. 探究教学法通过启发式问题和小组合作学习等方式,引导学生主动探究、发现和解决问题,培养学生的探索精神和创新意识。
3. 讨论教学法通过学生之间的讨论、合作和交流,激发学生的思维活跃性,培养学生的合作意识和沟通能力。
4. 演示教学法通过演示物理现象和实验过程,直观地展示物理原理,帮助学生理解抽象的物理概念和理论。
四、教学评价1. 考试评价通过期中、期末考试等形式的考核,检测学生对物理知识的掌握程度和能力发展情况。
2. 实验报告评价评价学生在实验中观察、记录、分析和总结的能力,以及实验结果和结论的准确性和完整性。
3. 课堂表现评价评价学生在课堂上的积极参与度、主动提问和解答问题的能力,以及合作学习和讨论的能力。
4. 作业评价评价学生完成作业的认真程度、准确性和独立思考能力。
五、教学资源1. 教材选用符合教学大纲要求的教材,内容完整、系统性强,与学生实际生活和学习联系紧密。
2. 实验室设备和材料提供适用于初中物理实验的实验室设备和材料,保证学生能够进行必要的实验操作和观察。
计算物理-课程教学大纲
计算物理课程教学大纲一、课程说明(一)课程名称、所属专业、课程性质、学分;课程名称:计算物理所属专业:物理学课程性质:必修学分:4(二)课程简介、目标与任务;计算物理学是以计算机及计算机技术为工具和手段,运用计算数学的方法,解决复杂物理问题的一门应用科学。
是一门发展中的前沿学科,与理论物理、实验物理并列作为物理学的三大支柱,具有很强的实践性,因此在教学过程中,需要综合物理学理论、数值计算方法和计算机程序设计这三方面的知识,并且充分调动和发挥学生的主动性,培养学生使用计算工具软件、熟练地编程计算的实践能力。
并且在教学中让学生多了解相关的前沿科技动态。
计算物理课程的教学目的是,使学生系统地了解物理模型和数学模型的建立方法,掌握基本的数值计算方法以及物理学中常用的数值计算方法;使学生获得通过数值计算和计算机模拟,分析和处理一些物理问题的基本方法,具备基本的解决问题的能力,提高逻辑推理和抽象思维的能力,为独立解决科学研究中的实际问题打下必要的数学物理基础。
(三)先修课程要求,与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接;本课程要有一定的物理和数学基础,以便熟悉解决的相关物理问题及用到的数值计算方法;要熟练掌握一门计算机语言(如Fortran, Matlab语言),以便能独立完成上机实践;为以后解决科学研究中的实际数值计算问题打下必要的基础。
(四)教材与主要参考书。
教材:计算物理学 S.E.Koonin著,秦克诚译,高教出版社,1992年11月第1版; Computational Physics, Fortran Version, S.E.Koonin andD.C.Meredith.教学参考书:1.《计算物理学》马文淦著,科学出版社(2005)2.《计算物理学讲义》彭芳麟编写,北师大物理系(2000)3. 计算物理,杨清建编著,上海科学技术出版社。
4. An Introduction to Computational Physics,计算物理学导论,T.Pang著,世界图书出版公司。
《计算物理》实验教学大纲
《计算物理》实验教学大纲一、课程背景和目标:随着计算机科学和物理学的快速发展,计算物理作为一门交叉学科逐渐崭露头角。
《计算物理》实验旨在通过计算机模拟和编程实践,帮助学生从实践中加深对物理学原理的理解,培养学生运用计算机工具解决物理问题的能力,提高学生的创新和实践能力。
该实验课程的目标是:1.培养学生熟练掌握计算物理实验的基本方法和技巧;2.培养学生分析和解决实际物理问题的能力;3.培养学生实践中的团队合作和沟通能力;4.提升学生对物理学的兴趣,为进一步深入学习打下基础。
二、教学内容和学时分配:1.实验准备和基本技能训练(4学时)-计算机基本操作和编程环境搭建;-基本数据分析和可视化方法;-物理模拟方法概述。
2.计算力学实验(12学时)-自由落体运动模拟;-简谐振动模拟;-行星运动模拟;-碰撞模拟。
3.计算电磁学实验(16学时)-静电场模拟;-磁场模拟;-电荷运动模拟;-电磁波传播模拟。
4.量子物理模拟实验(12学时)-常见量子力学模型的数值解;-量子隧穿和谐振子模拟;-量子纠缠模拟。
5.综合实验和报告(8学时)-随机游走模拟;-相变模拟;-学生自主选题。
三、教学方法和学习要求:1.教学方法-理论授课与实践相结合;-示范实验与学生独立实验相结合;-小组合作与个人报告相结合。
2.学习要求-学生需按时完成实验任务,并书写实验报告;-学生需参与实验讨论和同学评议;-学生需熟练运用计算机工具和编程语言。
四、实验评估方式:1.实验报告质量(50%),包括实验数据的获取和处理,分析和解释结果的能力,以及实验结论的准确性和合理性。
2.实验讨论参与度(30%),包括对他人实验报告的评议,参与小组讨论和思想交流的表现。
3.个人编程实践(20%),包括实现实验目标的代码质量和创新性的评估。
五、教材和参考书目:1.教材:《计算物理实验指导与习题》;2.参考书目:-《计算物理学纲要》(徐兆芬、戚宏钟编著);- 《计算物理导论》(L. A. Turski 编著);六、实验设备和软件要求:1.计算机设备,包括个人电脑或笔记本电脑;2. 编程软件,如Python、MATLAB等;3. 数据分析软件,如Excel、Origin等。
《大学物理III》教学大纲和考试大纲-64学时
《大学物理Ⅲ》课程简介课程名称:《大学物理Ⅲ》/College Physics Ⅲ课程代码:学时/学分:64/4课堂授课:64课程主要内容:本课程主要讲授力学、相对论、振动与波、波动光学、量子物理基础。
从经典力学拓宽到相对论力学;从宏观物体的运动学、动力学规律到三大守恒定律在宏观世界的应用;光的干涉、衍射及偏振现象与规律;普朗克量子假说、光的波粒二象性、德布罗意物质波及其统计解释、不确定关系、玻尔的氢原子理论,薛定谔方程及其初步应用等。
适用专业:先修课程:《高等数学》推荐教材:1.赵近芳王登龙编,《大学物理学》(第4版),北京邮电大学出版社,2014年。
参考书:1.张三慧主编,《大学基础物理学》,清华大学出版社,2003年;2.程守洙、江之永主编,《普通物理学》第5版,高等教育出版社,2001年;3、卢德馨主编,《大学物理学》,高等教育出版社,1998年;4.R.P.费曼,《费曼物理学讲义》,上海科学技术出版社,1983年;5.郭奕玲、沈慧君编著,《物理学史》,清华大学出版社,2005年。
《大学物理Ⅲ》课程教学大纲授课专业:学时数:64;学分数:4.0一、课程的性质和目的本课程是非物理专业的基础课程。
本课程的任务是通过讲授和讨论力学、相对论、振动与波、波动光学、量子物理基础等基础知识,使学生掌握力学、波动光学和近代物理的基本体系,认识光在传播过程中表现出的波动性以及在科学技术中的应用;了解量子力学的形成过程与基本规律,以及在微观领域所取得的巨大成就;了解物理学的新成就和发展方向,拓展学生视野,培养学生的创新意识,为后续课程的学习和将来进一步发展奠定良好的物理基础。
二、课程教学的基本要求本课程的教学环节以课堂讲授为主,辅以习题讨论、答疑、学生自学、课后作业、小测验和期末考试;通过上述教学环节,使学生学会从观察自然现象和总结实验事实入手,利用物理模型,掌握三大守恒定律在力学中的应用;理解经典时空观和相对论时空观的区别。
大学物理三级实验项目
《大学物理实验3》实验教学大纲课程名称:大学物理实验3英文名称:University Physics Experiment 3课程编号:2218991001 / 2218991002/ 2218991003课程性质:课程类型:专业必修是否为独立设课的实验课:是适用专业:理工科学时与学分:总学时:54 总学分:1.5 实验学时:54 实验学分:1.5制定时间:2008年12月(修订)制订人:封玲、赵改清、刘英一、实验课的任务、性质与目的:大学物理实验3是在大学物理实验(1) 、(2)的基础上开设的实验项目,是涵盖物理学全面基础知识的设计类实验,让学生对物理学各大领域的基本问题进行针对性设计与探索, 采用计算机实测技术,从而准确地获取实验的动态信息,提高实验精度和掌握瞬变过程,便于学生把精力集中到真正钻研的物理问题上,提高工作时效。
本课程注重培养学生中级科学能力,是物理类专业(含相关工科专业)学生的必修课程,为学生进入到近代物理实验和专业实验打下扎实科学实验基础。
本课程全部为设计性实验,注重基础性与先进性结合、适应性与系统性结合,采用计算机实测技术对各种信号进行监视、测量、记录和分析,在教师指导下,选择设计课题(包括在自行调研基础上自定课题),确定设计方案,实施完成并写出实验报告。
有独到见解的论文,由教师指导学生进一步深化、修改,并建议发表。
通过本课程训练,提高并扩展学生实验兴趣,转变学生被动接受学习方式为主动探究学习方式, 初步培养学生主动获取知识、提出问题、分析问题、应用知识、解决问题、理论与实践操作相结合能力、设计开发能力、科学论文的写作能力的中级科学能力。
每个实验对学生培养科学能力体系中科学能力点的对应,详见各实验教师依照学生确定的目的和相关要求所作教案,要求每个实验侧重一个科学能力点的针对性提高,并在学生实验报告的目的和实验分析栏目中有明确表述,教师给予等级评价。
二、主要仪器设备及环境:三、实验项目的设置与实验内容四、教材、实验教材(指导书):《大学物理实验3讲义》,封玲、赵改清、刘英,2009年2月五、考核方式与评分办法:1.平时成绩:平时所做的每一个实验均按设计性实验评分标准进行评分,见附件一;2.考核方式:期末完成一篇实验论文给出成绩,论文评分标准,见附件二;3.总评成绩计算办法:总评成绩=平时成绩×70% + 论文成绩×30%;4. 教案与实验报告一并存档一年。
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《计算物理三》教学大纲
课程编号:
课程类别:专业选修课
授课对象:凝聚态物理专业,理论物理专业
开课学期:第二学期
学分:3 学分
主讲教师:同宁华
指定教材:自编讲义
教学目的:
本课程为物理学一级学科及其相关专业的专业选修课。
本课程旨在向学生介绍运用计算机研究物理问题的一般方法和思路,教授凝聚态多体物理研究中常用的计算方法。
通过一定量的训练,为学生打下良好的计算技术基础,从而使他们能比较顺利地开始相关课题的研究工作。
第一章序论课时:1/2 周,共 2 课时
第一节计算机在物理学中的运用
一、线性代数和矩阵计算:复习线性代数,矩阵运算;讨论计算物理中对线
性代数和矩阵计算的应用
二、微分方程求解:回顾微分方程在物理学中的应用,并简要讨论计算物
理中求解微分方程的方法
三、随机模拟:讨论计算物理中对随机模拟的应用
四、符号运算:讨论符号运算在物理中的应用
第二章矩阵计算和量子力学问题(一)课时:3 周,共12课时第一节Lanczos方法
Lanczao算法求解给定量子力学哈密顿量的基态和低能激发态。
包括原
始的Lanczos算法,修正的Lanczos算法,以及混合Lanczos算法。
要求
能够计算给定量子体系的基态物理平均值,以及零温格林函数。
掌握
Lanczos计算过程中影响计算精度的若干因素。
第二节精确对角化方法
精确对角化方法计算给定量子力学哈密顿量的全部本征能级和本征态。
利用体系的对称行简化计算,并能实现矩阵的生成。
要求掌握计算有
限温度物理量的统计平均,以及有限温度格林函数的计算。
第三章矩阵计算和量子力学问题(二)课时: 3 周,共12课时第一节NRG方法
了解重整化群的一般思想和基本概念,WilsonNRG的适用对象,一般步
骤,具体的算法,对物理量的计算和讨论,以及结果分析。
第二节 DMRG方法
DMRG的思想起源,DMRG的算法:无限链算法,有限链算法。
要求掌握DMRG的基本原理,算法步骤,以及使用的对象。
了解DMRG误
差分析方法。
第三节 DMRG的扩展
介绍DMRG对有限温度、非平衡、以及高于一维体系的推广。
第四章量子统计中的蒙特卡罗方法课时:3.5 周,共14 课时
第一节经典Monte Carlo方法
复习概率论和统计方法,详细介绍中心极限定理,重要性抽样,和
Markov过程。
掌握Metropolis算法和HeatBath算法,常用的一些更新
方式。
要求能够计算Ising模型的平衡态物理统计量。
第二节量子Monte Carlo方法
介绍行列式MonteCarlo,路径积分MonteCarlo,格林函数
MonteCarlo,以及变分MonteCarlo。
重点掌握行列式MonteCarlo
的Hirsch算法。
第五章动力学平均场理论课时:3 周,共12课时
第一节无穷维空间的性质
介绍自由费米子性质的空间维数依赖性,无穷维的自能局域性质,
推导动力学平均场方程:重点掌握Cavity方法,介绍各种微扰方法。
掌握平均场理论的一般特点。
第二节杂质求解器
介绍各种常用的量子杂质求解方法,及其与动力学平均场方程的结合
计算。
包括各种解析方法和数值方法。
第三节扩展的动力学平均场理论
介绍动力学平均场理论的各种团簇扩展理论,包括CDMFT,DCA,VCA。
动力学平均场理论对长程关联体系的扩展理论,包括EDMFT和EVCA。
介绍动力学平均场理论与LDA量子从头计算的结合。
第六章密度泛函理论和LDA计算课时:1.5 周,共6课时
第一节密度泛函理论
介绍密度泛函的基本理论和应用方法。
第二节 LDA计算
LDA的原理,常用LDA算法,以及对LDA计算结果的分析。
第三节关联体系的量子从头计算
介绍LDA对关联体系的应用,包括LDA+U,LDA+DMFT,以及LDA+
Gutzwiller方法。
第七章软件工程学原理和并行计算课时:1.5 周,共 6 课时
第一节软件工程学原理
软件工程学的原理,包括基本概念,需求分析,设计方法,以及软件
的测试和维护。
第二节并行计算初步
介绍MPI并行计算的初步方法,常用并行计算的应用。
作业:
(1)第二章:2*3 格点上的Hubbard 模型精确对角化。
(2)第二章:横向磁场下的Ising 模型的基态和低能激发态。
(3)第四章:高维积分的蒙特卡罗计算,Ising 模型的蒙特卡罗模拟。
(4)第五章:无穷维Hubbard 模型的近似求解。
参考书目
1. K. H. Hoffmann and M. Schreiber ed., Computational Physics,
Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1996.
2. Tao Pang, An Introduction to Computational Physics, Cambridge
University Publishing, 1997.
3. Ingo Peschel, Xiaoqun Wang, Matthias Kaulke, and Karen Halberg,
D ensity-Matrix Renormalization: A New Numerical Method in
Physics, Spinger-Verlag Berlin Heidelberg 1999.
4. Richard M. Martin, Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods, Cambridge世界图书出版公司 2005.
5. Jun S. Liu,Monte Carlo Strategies in Scientific Computing, ,
Spinger,世界图书出版公司2001.
6. 马文淦,《计算物理学》,科学出版社 2005.
7. 卢潇,孙璐,刘娟,张科英,《软件工程》,清华大学出版社,北京交
通大学出版社 2005.
执笔人:同宁华2008 年9 月3 日。