课程概述

       计算物理学有别于理论物理和实验物理的物理学又一分支，是一门综合性交叉型课程，对训练灵活开阔的思维、培养综合分析的能力和获得广博实用知识等方面均有益处。通过对本课程的讲解，可使学生深入了解如何使用计算程序完成对具体物理问题的求解，对增强实际分析和处理一些物理问题的基本方法和解决问题的能力很有帮助，并能够使学生系统地掌握物理模型和数学模型的建立方法和数值计算方法的选取原则。

     本课程将主要介绍各种微积分计算、偏微分方程数值求解等，并将介绍计算物理方法在理论和实验物理领域中的应用。本课程的授课将通过对大量实际物理问题的当堂求解来完成。授课过程中注意培养学生们的全局观和提出问题解决问题的能力。


证书要求

成绩包括平时单元作业成绩和最终期末考试成绩。总成绩包括7次作业成绩，每次10分，考试占30分，总分100。总成绩60分-84分可获得合格证书，85分以上可获得优秀证书。

预备知识

要求学过数学分析与数学物理方法，大学物理以及理论力学等课程。

授课大纲

学习MATLAB

课时

  • 第一节 MATLAB的操作界面
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  • 01MATLAB的操作界面
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  • 02MATLAB指令窗七种功能
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  • 03编辑实时脚本文件
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  • 第二节 数据组织
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  • 04矩阵及其运算
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  • 05列阵、数据网格、基元列阵及结构列阵
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  • 06数据存储与显示
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  • 07浮点运算与数字运算的误差
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  • 第三节 编程知识
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  • 08编程
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  • 09流程控制
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  • 第四节 作图知识
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  • 16 标量场可视化
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  • 17 矢量场可视化
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  • 18 物理场可视化应用
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  • 10 作图
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  • 11 画二维图
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  • 12 画三维图
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  • 13 双缝干涉与Logistic模型
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  • 14 图形句柄与动画
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  • 15 动画线
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  • 第五节 符号运算
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  • 19 建立符号对象
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  • 20 导数、积分、极限、与级数的计算
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  • 21 解代数方程
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  • 22 解代数方程组和复杂方程
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  • 23 解常微分方程
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  • 24 表达式化简
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  • 25 整理表达式
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  • 26 符号计算应用
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  • 27 矢量分析与积分变换
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  • 第一章作业

编程技巧训练 ————画分形图

课时

  • 28 分形几何学与分形图形
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  • 29 用Lindenmayer system画分形图
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  • 30 用相似图形移动法重画分形图形
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  • 31 相似移动法应用举例
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  • 32 复数迭代的分形图形
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  • 第二章作业

数值微分积分

课时

  • 33 数值微分的计算
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  • 34 数值积分的算法—数值积分之一
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  • 35 用函数做数值积分之一—应用匿名函数
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  • 36 用函数作数值积分之二—应用函数文件
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  • 37 本地函数与嵌套函数
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  • 第三章作业
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  • 75带电圆环的电势与电场——综合应用例题之一

求方程的零点（方程求根）

课时

  • 38 求方程零点的算法
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  • 39 求方程零点的指令
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  • 40 半经典分子振动能级

解常微分方程

课时

  • 41 龙格—库塔法
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  • 42 变步长与解方程组
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  • 43 解常微分方程的指令及用法
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  • 44 初值问题应用实例
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  • 45 事件（events）问题
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  • 46 刚性问题
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  • 47 求解边值问题
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  • 48 用打靶法解本征值问题
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  • 49 谐振子能级
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  • 50 用指令bvp4c解谐振子能级
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  • 第五章作业一
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  • 第五章作业二

解偏微分方程

课时

  • 51 用差分法解热传导方程
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  • 52 势垒贯穿
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  • 53 解弦振动方程
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  • 54 解椭圆型方程
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  • 55 迭代法与松驰法
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  • 56 偏微分方程工具箱
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  • 57 用PDETOOL解椭圆型方程与抛物型方程
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  • 58 用PDETOOL解波动方程与本征值方程
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  • 59 特殊函数
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  • 60 特殊函数的应用
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  • 第六章作业

参考资料

计算物理基础 ，彭芳麟，高等教育出版社

计算物理学-[美]Steven E.K.oonin著, 秦克诚译, 高等教育出版社,

计算物理学，马文淦，科学出版社


常见问题

Q :  错过了单元测验、作业和考试提交的截止时间怎么办？

A :  单元测验、作业和考试截止时间是按照课程进度安排的，都有明确标示，临近截止时间（一般提前3-7天）都会发布提醒公告，要注意关注课程公告。如果仍然错过了前面部分的提交任务，就要把握好后面部分的任务；错过太多的话，只能参加下次开课了。

Q :  课程如何满足不同要求学习者的需要？

A :  MOOC学习者范围广，层次参差不齐，要求有低有高。为了使不同学习者都有收获，课程设有基本资源和拓展资源，初学者以基本资源结合教材学习，基础较好的学习者将基本资源结合教材和拓展资源、参考资料进行深入学习，可以在讨论区提问交流问题。有条件的地方结合课堂教学，参加老师的答疑效果更好。