Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины)




НазваниеТиповая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины)
Дата публикации08.05.2013
Размер96.4 Kb.
ТипПрограмма
vbibl.ru > Физика > Программа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
VIV 4303 АВМАТИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА В ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ

(код и наименование дисциплины)
5В060500 – Ядерная физика

(код и наименование специальности)

объем 3 кредита


Алматы, 2012

Предисловие

1 РАЗРАБОТАНА И ВНЕСЕНА

Казахским национальным университетом имени аль-Фараби

Кусаинов А.С., канд. тех. наук, PhD, старший преподаватель

(название организации образования – составителя(ей) типовой программы


2 РЕЦЕНЗЕНТЫ

Кошеров Т.С. д.ф.м.н., проф., Казахский Национальный Технический Университет им. К.И..Стапаева, Юшков А.В., д.ф.м.н., проф. Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби.____________________________

(ф.и.о., ученая степень, звание, название организации)

^ 3 УТВЕРЖДЕНА И ВВЕДЕНА В ДЕЙСТВИЕ приказом

Министерства образования и науки Республики Казахстан

от «___»__________20___года №____

4 Типовая учебная программа разработана в соответствии с государственным общеобязательным стандартом образования

специальностей

5В060500 – Ядерная физика

(наименование специальности)

5 РАССМОТРЕНА на заседании Республиканского Учебно-

методического совета от «___» _________20___года Протокол №___

^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина «Автоматизация эксперимента в ядерной физике» изучает численные методы обработки результатов эксперимента и его моделирование с помощью современных языков программирования.

Дисциплина является неотъемлемым элементом подготовки современного ученого физика, инженера ядерщика и педагога в высших учебных заведениях с профилирующим предметом физика. Анализ данных эксперимента и его планирование невозможен без соответствующих программных и аппаратных средств обработки эксперимента - языков программирования и электронных вычислительных устройств-компьютеров.

Дисциплина «Автоматизация эксперимента в ядерной физике» дополняет дисциплину «Экспериментальные методы ядерной физики» в объеме необходимого математического и программного обеспечения для математической обработки и численного моделирования эксперимента в ядерной физике. При этом дисциплина является самостоятельным курсом.

Успешное освоение дисциплины полагает предварительное изучение студентами таких обязательных дисциплин как основы математического анализа и дифференциального исчисления, полный курс общей физики, включая механику, молекулярную физику, электричество и магнетизм, оптику и атомную физику, а также квантовую механику. Для выполнения некоторых лабораторных работ студент должен знать и уметь применять элементы статистической обработки данных.

После изучения дисциплины «Автоматизация эксперимента в ядерной физике» студенты должны уметь представить теоретическую задачу или физический эксперимент в виде набора действий и инструкций на языке программирования (в виде программы), уметь запускать, отлаживать и анализировать результаты работы этой программы на электронной вычислительной машине.
^ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ


  • Необходимость применения ЭВМ для решения физических задач и круг этих задач. Методы и инструменты решения задачи автоматизации эксперимента.

  • Комплексы программ и их основные характеристики. Типы ЭВМ, программного обеспечения и языков программирования применяемого в физике. Типы операционных систем. Windows, Unix, Mac OS и т.д.

  • Алгоритмические языки программирования. Компиляторы языков С и Фортран.

  • Язык программирования С++. Функции. Операторы. Типы данных и переменных. Циклы и выражения сравнения.

  • Язык программирования С++. Объекты и классы. Работа с памятью.

  • Ввод/вывод данных и работа с файлами.

  • Моделирование эксперимента и методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных.

  • Матричная алгебра.

  • Методы Монте-Карло и их реализация в рамках численного моделирования эксперимента.

^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение

Цель преподавания дисциплины - получение теоретический знаний и навыков по автоматизации эксперимента в ядерной физике в части его теоретического анализа, численного моделирования и обработки экспериментальных данных и данных по моделированию на электронных вычислительных устройствах с использованием комплексов программ.
^

Задачи преподавания и изучения дисциплины реализуются в следующих формах деятельности:


  • получение необходимых теоретических знаний в результате прослушивания и усвоения курса лекций и их использование при решении практических задач, решения задач на семинаре, выполнении домашних работ, написании рефератов и курсовых работ;

  • активизация познавательной деятельности студентов и приобретения ими навыков решения практических и проблемных задач посредством выполнения лабораторных работ

Контроль за выполнением задач и достижением поставленных целей осуществляется в форме текущего контроля за деятельностью студентов на лекционных и практических занятиях в виде проверки самостоятельных работ студента, проведении коллоквиумов, и в других устных и письменных формах оценки степени усвоения материала, а также в виде рубежного контроля, который включает письменные или устные задания, и экзамены, которые проводятся в сроки и в форме оговоренные академической политикой университета;

Объектом изучения дисциплины являются теоретические вопросы ядерной физики, эксперимент и результаты этого эксперимента с точки зрения их анализа, обработки данных и численного моделирования. Методами изучения данной дисциплины является анализ и синтез исследуемого предмета, т.е. расчленение, разложении физической задачи, систем и протекающих в них процессов на их составные части и на этой основе определении ведущих звеньев, узких мест, ключевых проблем развития с использованием современных языков программирования их реализации на электронных вычислительных машинах.

Дисциплина «Автоматизация эксперимента в ядерной физике» является интегральной частью комплекса дисциплин и спецкурсов экспериментальной и теоретической ядерной физики.

^ Краткий исторический очерк развития науки дисциплины, отражающий ее основные этапы.
Первое применение приспособлений и устройств для обработки информации датируется 3 веком до нашей эры, когда в Древнем Вавилоне были изобретены первые счёты - абак.

В 1492 году Леонардо да Винчи предложено 13-разрядное суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами.

В 1623 году Вильгельм Шиккард, профессор университета Тюбингена, разрабатывает устройство на основе зубчатых колес («считающие часы») для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. В 1630 году Ричард Деламейн создаёт круговую логарифмическую линейку.

1723 год — немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и число последовательных операций сложения при умножении чисел.

1801 год - Жозеф Мари Жаккар строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт, а 1820 году налажен первый промышленный выпуск арифмометров. 1822 год — английский математик Чарльз Бэббидж изобрёл, первую разностную машину (специализированный арифмометр для автоматического построения математических таблиц)

1927 год - в Массачусетском технологическом институте (MIT) Вэниваром Бушем был разработан механический аналоговый компьютер.

1941 год - Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.

После изобретения интегральной схемы развитие компьютерной техники резко ускорилось. Этот эмпирический факт, замеченный в 1965 году соучредителем компании Intel Гордоном Е. Муром назвали законом Мура.

Язык программирования С возник в начале 1980-х годов силами сотрудника фирмы Bell Laboratories Бьёрна Страуструпа. В 1998 году был ратифицирован международный стандарт языка C++: ISO/IEC 14882:1998 «Standard for the C++ Programming Language»;

^ Основная часть
Необходимость применения ЭВМ для решения физических задач и круг этих задач. Методы и инструменты решения задачи автоматизации эксперимента.

Краткий исторический очерк развития вычислительных машин. Аналоговые и цифровые вычислительные машины. Вычислительные задачи теоретической ядерной физики. Задачи обработки результатов физического эксперимента.
Комплексы программ и их основные характеристики. Типы ЭВМ, программного обеспечения и языков программирования применяемого в физике. Типы операционных систем. Windows, Unix, Mac OS и т.д.

Философия программирования. Современные электронные вычислительные машины и компьютеры. Типы операционных систем и их развертывание на доступной аппаратной базе. Процессоры. Программные и аппаратные интерфейсы.
Алгоритмические языки программирования. Компиляторы языков С и Фортран.

Алгоритмы и их реализация. История развития языков программирования. Альтернативные методы решения вычислительных задач. Borland C/C++, Microsoft Visual Studio и его компонент C++ compiler.
Язык программирования С++. Функции. Операторы. Типы данных и переменных. Циклы и выражения сравнения.

Функция main(). Комментарии в языке С++. Препроцессор. Операторы обновления и присваивания. Развновидности функций. Функции пользователя. Типы данных short int и long. Типы данных char. Типы данных с плавающей точкой. Составные типы данных. Указатели и свободная память. Указаетли, массивы и арифметика указателей. Цикл for, цикл do while и операторы инкремента.
Язык программирования С++. Объекты и классы. Работа с памятью.

Классы памяти, диапазоны доступа. Реализация функций-элементов класса. Деструкторы и конструкторы классов. Классы и динамическое распределение памяти. Наследование классов.
Ввод/вывод данных и работа с файлами.

Потоки и буферы. Перенаправление. Открытие нескольких файлов. Работа в режиме командной строки. Режимы файлов. Произвольный доступ к файлам.
Моделирование эксперимента и методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных.

Типы дифференциальных уравнений. Методы Эйлера и Рунге-Кутта. Точность и устойчивость решения. Тест типа "прыгающая лягушка". Переменный шаг интегрирования. Типы уравнений в частных производных и их канонический вид. Уравнения гиперболического, параболического и эллиптического типа. Адаптация методов Эйлера и Рунге-Кутта. Метод Дюфорта-Франкеля. Примеры. Уравнении диффузии и уравнение непрерывности.
Матричная алгебра.

Операции с матрицами. Типы матриц и программная реализация работы с матрицами на языке С++. Обращение Матриц. Метод Якоби. Метод Гаусса –Зайделя. Приведение матриц к диагональному виду.
Методы Монте-Карло и их реализация в рамках численного моделирования эксперимента.

Генераторы случайных чисел и их программная реализация. Интегрирование методом Монте-Карло. Метод Метрополиса. Метод Монте-Кало в решении задач квантовой механики.
^ Примерный перечень тем лабораторных занятий (практических) занятий


  • Эллиптическое уравнение в частных производных - уравнение Лапласа. Гиперболическое уравнение в частных производных - волновое уравнение.

  • Параболическое уравнение в частных производных - уравнение диффузии.

  • Уравнение Максвелла. Дисперсия волн.

  • Эллиптическое уравнение – уравнении Пуассона. Решения уравнение в матричном виде.

  • Нахождение собственных значений матрицы.

  • Расчет распространения фононов в кристаллической решетке.

  • Генераторы псевдослучайных чисел.

  • Алгоритм Метрополиса.




Примерный перечень заданий на СРС


  • Решить дифференциальное уравнение в частных производных описывающее классический электрон в магнитном поле численными методами.

  • Решить уравнения движения электрона в магнитном поле на фоне осциллирующего электрического поля.

  • Оценить точность метода Эйлера и метода Рунге-Кута разложением в ряд Тейлора.

  • Получить решение волнового уравнения численными методами.

  • Получить решение уравнения Шредингера численными методами в матричном виде.

  • Используя вариационный квантовый метод Монте-Карло рассчитать энергию основного уровня атома гелия.



Список рекомендуемой литературы
Основная

  1. Стивен Прата. Язык программирования С++. Торгово-издательский дом DiaSoft, Москва, 2005.-1104 с.

  2. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB Автор: Издательство: Горячая линия - Телеком Год: 2003.- 592 с.

  3. Турчак Л.И., Плотников П.В. Основы численных методов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 304 с.



Дополнительная

  1. Дүйсебекова, К.С. Matlab-та программалау негіздері: оқу құралы / Күләнда Сейітбекқызы Дүйсебекова, Мадина Есімханқызы Мансұрова; әл-Фараби атын. ҚазҰУ.- Алматы: Қазақ ун-ті, 2011.- 140, [3] б.

  2. Мансурова, М.Е. Решение прикладных задач в среде Matlab: Учеб. пособие; КазНУ им. аль-Фараби.- Алматы: Қазақ ун-ті, 2004.- 106 б.

  3. Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing Cambridge University Press. Third Edition (2007), 1256 pp.




Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconТиповая учебная программа VIV 4303 взаимодействие излучения с веществом...
Кошеров Т. С. д ф м н., проф., Казахский Национальный Технический Университет им. К. И стапаева, Юшков А. В., д ф м н., проф. Казахский...

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconТиповая учебная программа vfaya 3215 введение в физику атомного ядра...
Юшков А. В., докт физ мат наук, профессор, Казахский национальный университет имени аль-Фараби

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconРабочая учебная программа (специальности 02. 11. 00; 02. 31. 00)...
Рабочая учебная программа дисциплины «Муниципальное право» составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом...

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconРабочая учебная программа по дисциплине «философия»
Рабочая учебная программа дисциплины «Философия» подготовлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом...

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconРабочая программа по физике пояснительная записка
Рабочая программа по физике для 11 класса составлена на основе образовательного стандарта основного общего образования по физике...

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconРабочая учебная программа дисциплины ен. Ф. 01 Математика, информатика,...
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и...

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconРабочая программа дисциплины Культура речи Направление подготовки:...
...

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconУчебная программа дисциплины : Юридическая грамотность Смоленск 2006
Цель: изучение возможности использования правовых дисциплин в дальнейшей профессиональной деятельности

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconУчебная программа курса или дисциплины «Компьютерные сети»
Тема html понятие языка разметки. Общая структура документа. Метаинформация. Составные документы

Типовая учебная программа VIV 4303 авматизация эксперимента в ядерной физике (код и наименование дисциплины) iconРабочая учебная программа по физике для 10-11 класса профильный уровень
Г. Я. Мякишева для изучения курса физики, авторской программы Г. Я. Мякишева, опубликованной в сборнике примерных программ «Физика....

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница