原子物理实验的计算机模拟实现

原子物理实验的计算机模拟实现

1 引言

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20世纪末人类进入了信息化时代,其重要的标志是计算机技术的使用。为了培养出符合新世纪要求的人才,就必须不断的使我们的教育现代化。如何将计算机与物理学课程的教学体系、内容和方法有机结合起来,是教学现代化的一项内容。在国外,早在20世纪80年代末就已经使用计算机作为物理学课程的学习工具。而在国内,这方面的进展并不理想。计算机辅助教学以其独有的优势在物理实验教学中发挥着越来越重要的作用。然而,目前各校在这方面的发展很不平衡,应用情况也不尽如人意。

2 原子物理实验计算机模拟的必要性

原子物理作为普通物理的近代物理部分,反映了20世纪物理学的发展,包括1999年在内,共有96项若贝尔物理学奖,其中有66项是关于原子物理、原子核物理和粒子物理方面。这些著名的物理实验是人类认识物质世界的重要里程碑,是现代科学技术的基础。讲清楚这些著名的物理实验,不仅可以激发学生学习物理的浓厚兴趣,更重要的是可以使学生理解前辈物理学家是如何创造性的研究这些问题的。然而,由于原子物理研究的是微观客体,其真实的物理过程无法直接观察,因而,许多方面更适合用计算机模拟仿真,用图形和动画来展示和研究原子内部结构及运动过程的模型,使抽象的问题形象化,便于学生理解和掌握。

3 原子物理计算机模拟实现的途径

3.1利用现成的实验仿真软件

现成的实验仿真软件以其实验体系完整、功能强大而成为实验仿真的主要途径之一。目前市场上还没有专门的原子物理实验仿真软件。

3.1.1一般实验仿真软件的特点

(1)强调对实验环境的整体模拟。(2)仪器实现了模块化。(3)通过解剖实验教学过程,充分体现教学指导思想,培养学生在理解的基础上通过思考进行操作。

3.1.2一般实验仿真软件在教学中的意义

(1)开设了实验教学的新模式。(2)实现了理论教学和实践教学的结合。

3.1.3几种常见的可实现原子物理实验的模拟仿真的软件

(1)《大学物理仿真实验v2.0》。中国科技大学推出并由高等教育出版社出版,它是国内第一套具有一定规格和水准的实验教学软件。该软件中涉及原子物理部分的实验有:夫兰克——赫兹实验、g-m计数管和核衰变的统计规律、光电效应测普朗克常数、电子自旋共振等6个实验。

(2)中央电大《大学物理虚拟实验》软件简介。《大学物理虚拟实验》应用虚拟技术、人工智能技术、控制学原理建造物理实验和教学模型,总结了中央广播电视大学和中国科学技术大学多年物理实验教学经验基础上设计完成的。

(3)《原子物理学多媒体计算机辅助教学》(mcai)简介。有哈尔滨师范大学自行设计的一套实用性强,可直接用于原子物理学教学的多媒体辅助教学软件。

3.2原子物理实验的自设计模拟仿真

目前市场上流行的各种图像、动画及课件制作软件为自设计实验的计算机模拟仿真提供了充分有利的条件。如三维动画制作软件3dmax,多媒体课件制作软件authorware及powerpoint,专业的动画制软件

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flash。我们结合原子物理实验的具体情况,运用这些软件进行模拟仿真,使一些抽象的微观过程形象化。论文联盟

自设计原子物理实验模拟仿真的特点:(1)灵活性强。现成的仿真软件其内容固定,在实际教学中由于教学情况的差异比较大,有时难免不能满足我们的需要,所以我们可以可以根据自身的教学情况,在自设计实验仿真中,对实验的相关内容、历史背景和意义、现代应用等方面可作自行扩展,实现理论教学和实践教学相结合。

(2)针对性强。原子物理作为普通物理中的近代物理部分,在物理学的相关专业中基本上都开设了这门课。所以在不同的学校,不同的专业中对教材的选取及教学的差异都比较大,而自行设计的实验仿真就能更好的适应我们的教学。

4 总结

随着计算机应用的普及和发展,运用计算机实现原子物理实验的模拟仿真已成为现实。而且,专业的实验仿真软件也日益增多,但在教学中,为了提高教学效率,除了有效地利用现有资源外,我们也要发挥主观能动性,制作也剖针对性的实验仿真课件,这样才能真正做到仿真与真实实验的有机结合。

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