數(shù)字化大學(xué)物理

前言

　　在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，學(xué)科之間相互交叉，對(duì)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。大學(xué)生不僅要掌握本學(xué)科的知識(shí)，還要有廣博的知識(shí)視野和完成自己創(chuàng)想的工具載體，其中計(jì)算機(jī)技術(shù)在理論課學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，在大學(xué)的素質(zhì)教育中起到了舉足輕重的作用。　　眾所周知，實(shí)驗(yàn)研究、理論演算和計(jì)算機(jī)模擬是目前科學(xué)研究的三種主要方法。我們注意到國內(nèi)外許多理工科教材均將計(jì)算機(jī)科學(xué)計(jì)算技術(shù)引入到了專業(yè)課程的教學(xué)之中。因此，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)在大學(xué)物理課程中的引入勢在必行。將計(jì)算機(jī)模擬研究方法以某種計(jì)算機(jī)語言作為依托，以一種適當(dāng)?shù)姆绞揭氪髮W(xué)物理教學(xué)，必將對(duì)大學(xué)物理課程改革產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響?！　〈髮W(xué)物理是建立在實(shí)驗(yàn)和微積分基礎(chǔ)上的一門基礎(chǔ)課。如何讓理工科大學(xué)生在學(xué)習(xí)大學(xué)物理的同時(shí)，能得到包括計(jì)算機(jī)技術(shù)在內(nèi)的諸多研究方法的訓(xùn)練；如何在經(jīng)典、傳統(tǒng)的大學(xué)物理課程中培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)；如何在傳授知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生采用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決問題的能力等，均值得深入探討。由馬濤教授所著的《數(shù)字化大學(xué)物理》一書將MATLAB與大學(xué)物理緊密結(jié)合，為大學(xué)物理教學(xué)提供了一種全新的視角和具有創(chuàng)新性的實(shí)踐方案。該書具有以下特點(diǎn)：一是結(jié)合大學(xué)物理內(nèi)容對(duì)MP／TLAB語言進(jìn)行了介紹，使初學(xué)者容易掌握；二是精心挑選了力、熱、光、電等30個(gè)專題，利用MATLAB語言對(duì)這些物理問題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和可視化處理。作者在樹立創(chuàng)新性教學(xué)理念，建立基于解決實(shí)際問題的研究型教學(xué)思維模式方面，做出了有益的探索。理工科大學(xué)生如果能夠通過此類有創(chuàng)意的學(xué)習(xí)，掌握MAT工，AB這一科學(xué)計(jì)算語言，對(duì)提高學(xué)習(xí)效率，探尋科學(xué)研究方法，以及今后的工作都將大有裨益。因此，我期望本書的出版能推動(dòng)大學(xué)物理教學(xué)的改革，促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用，在理工科大學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)方面取得更多的成果。

內(nèi)容概要

　　本書介紹了數(shù)學(xué)軟件MARLAB在大學(xué)物理中的應(yīng)用，全書分語言篇和應(yīng)用篇兩個(gè)部分。語言篇簡明地介紹了MARLAB的基本用法，示例多以大學(xué)物理內(nèi)容為線索：應(yīng)用篇按運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、量子物理等內(nèi)容分類成章，精選了30個(gè)典型問題，進(jìn)行了解題分析和程序?qū)崿F(xiàn)，并將數(shù)值計(jì)算的結(jié)果圖示或做成模擬動(dòng)畫。將MARLAB與大學(xué)物理如此緊密結(jié)合在一起的專著尚不多見，本書具有一定的創(chuàng)新性。讀者只要具備基本的大學(xué)物理基礎(chǔ)就可邊學(xué)邊用，參考本書提供的大量程序?qū)嵗?，逐步掌握MARLAB語言，進(jìn)而通過實(shí)例練習(xí)提高編程技巧。

書籍目錄

第一篇　語言篇　第1章　MATLAB簡介　　1.1　概述　　1.2　MATLAB操作界面　　1.3　基本演算功能　　1.4　在線幫助（help）功能　第2章　矩陣 　 2.1　矩陣的構(gòu)造 　2.2　矩陣元素的操作  　2.3　矩陣的基本計(jì)算  　2.4　矩陣的指令函數(shù)計(jì)算　第3章元　素群  　3.1　元素群的構(gòu)造  　3.2　元素群的基本計(jì)算  　3.3　元素群的函數(shù)計(jì)算　第4章　繪圖指令函數(shù)  　4.1　二維圖形  　4.2三維圖形  　4.3　特殊圖形　第5章　編程  　5.1　指令文件（Script Filel  　5.2　函數(shù)文件（Function File）  　5.3　流程控制　第6章　常用指令函數(shù)　　6.1　數(shù)據(jù)分析　　6.2　多項(xiàng)式　　6.3　函數(shù)功能及數(shù)值分析　　6.4　數(shù)據(jù)類型　　6.5　符號(hào)數(shù)學(xué)第二篇　應(yīng)用篇　第1章　運(yùn)動(dòng)學(xué)    1.1　小船過河    1.2　導(dǎo)彈追擊問題    1.3　導(dǎo)彈制導(dǎo)問題　第2章　動(dòng)力學(xué)  　2.1　拋體運(yùn)動(dòng)的研究  　2.2　足球場上的香蕉球  　2.3　進(jìn)入地球軌道的彗星  　2.4　地球同步衛(wèi)星　第3章　機(jī)械振動(dòng)  　3.1　單擺的研究  　3.2　傅科擺  　3.3　耦合擺  　3.4　三球振動(dòng)  　3.5　復(fù)擺的強(qiáng)迫振動(dòng)  　3.6　拍現(xiàn)象研究  　3.7　李薩如圖形  　3.8　阻尼振動(dòng)研究　第4章　機(jī)械波    4.1　駐波    4.2　多普勒效應(yīng)　第5章　熱學(xué)    5.1　麥克斯韋速率分布率    5.2　熱力學(xué)過程研究　　……　第6章　電磁學(xué)　第7章　波動(dòng)光學(xué)　第8章　量子物理參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　MATLAB簡介　　1．1概述　　在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，往往要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，這些計(jì)算一般來說是很少能用手工來求出解析解的，通常是要借助計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的程序來求數(shù)值解。若用流行的c語言或FOR．TRAN語言編制計(jì)算機(jī)程序，不僅要求對(duì)算法有深刻理解，同時(shí)還要熟練掌握所用語言的語法和編程技巧。而計(jì)算機(jī)程序的編制是繁雜的，并不是所有人都能勝任。針對(duì)這些實(shí)際問題，美國Mathwork公司于1984年推出了“矩陣實(shí)驗(yàn)室”（Matrix Laboratory縮寫為MA‘I’LAB）軟件包，此后便不斷更新擴(kuò)充，到1988年推出基于DOS操作系統(tǒng)的3．1版，。1992年推出了基于Windows的4．1版，2001年推出了6．1（R12）版，2004年又推出了7．0（R14）版，當(dāng)前的最新版本為7．2版。讀者可以登錄Mathwork公司的網(wǎng)站VCWW．mathwork．tom了解其最新版本及特點(diǎn)?！　ATLAB是一種功能強(qiáng)、效率高，便于進(jìn)行科學(xué)和工程計(jì)算的交互式軟件包。它以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，將科學(xué)和工程計(jì)算與圖形繪制集成為一體。在這個(gè)集成環(huán)境中，交互式的MATLAB語言具有簡潔和智能化的特點(diǎn)，符合人們進(jìn)行科學(xué)計(jì)算時(shí)的思維方式和書寫習(xí)慣，不像其他高級(jí)語言那樣難以掌握。它用解釋方式工作，鍵入程序指令，立即就能得出結(jié)果。實(shí)踐證明，一個(gè)工科的本科生，在幾十分鐘內(nèi)就可學(xué)會(huì)MATLAB的基本指令，在短短幾小時(shí)的使用中就能初步掌握其用法。通過MATL～B的應(yīng)用，可以高效率、富有創(chuàng)造性地進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。MATLAB大大降低了對(duì)使用者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)語言知識(shí)的要求，編程和計(jì)算效率極高。在這個(gè)集成環(huán)境中，計(jì)算結(jié)果可同時(shí)以精美的圖形輸出，將枯燥的結(jié)果直觀地展現(xiàn)出來。MAgiLAB自推出后即風(fēng)行歐美，近些年在國內(nèi)工科院校也漸漸流行。如果讀者能以工科必修的大學(xué)物理課程為切入點(diǎn)，運(yùn)用MATLAB這個(gè)工具，通過求解一些典型物理過程的規(guī)律，熟悉MA‘／’LAB的一些基本指令及編程技巧，隨著專業(yè)知識(shí)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，如果能夠融會(huì)貫通地用MAT’LAB解決相應(yīng)的一些專業(yè)問題，將會(huì)對(duì)大學(xué)階段的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、建模競賽和科研活動(dòng)起到極其重要的作用，也將為今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

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