《Mathematica 与数字化物理学》课程教学大纲.pdf

《Mathematica 与数字化物理学》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程中文名称 Mathematica 与数字化物理学 课程英文名称 Mathematica and Digital Physics 课程编号 106131043 适用专业 物理学（师范）专业全日制本科学生 课程模块 专业课程-专业教育 课程类别 专业选修 开课单位 物理系 教 研 室 理论物理 开课学期 第8 学期 考核方式 笔试（开卷、考查） 学 时 32 理论学时 32 实验学时 学 分 2 先修课程 力学、电磁学 教材选用 江俊勤著. 基于Mathematica 的数字化物理学. 科学出版社，2015 年 二、课程简介 Mathematica 与数字化物理学是物理专业（师范）本科生的专业选修课，通过本课程的学习使学 生获得当前流行的著名软件Mathematica 的主要命令和基本使用方法、了解主讲教师20 年来在物理 教学数字化方面上研究的经验和成果、掌握 Mathematica 软件在物理学等自然科学中的初步应用以 及数字化资源创作的基本原则与方法。并具体学会以下四个物理学分支中重要物理现象和物理规律 的数字化： 1) 电场； 2) 磁场； 3 ）动力学微分方程的数值解与运动轨迹； 4) 量子力学。 学习计算机软件的目的在于应用，但在各兄弟院校现有同类课程中都只限于介绍 Mathematica 基本命令，未见有课程讲授该软件在物理学中的应用。本课程包含了一系列的物理学应用实例，学 生不但从中可以学到在传统教科书中没法学到的物理知识，而且通过对这些实例的模拟，可以学习 科学问题数字化研究的基本方法、熟练掌握 Mathematica 各种重要命令的使用技巧。引导学生参与 到具体物理实例的数字化研究过程之中——先提出初步方案和目标、编写程序，经过反复调试与运 行、改进研究方案和目标，最后得到了正确描述复杂物理规律的精美立体图甚至动画片，激发学生 的学习积极性、培养学生的创新意识。 212 三、课程目标 课程目标 对应的专业培养目标 1．掌握著名软件Mathematica 的主要命令和基本 1．了解Mathematica 软件的特色，以及在物理教 使用方法 学数字化方面上研究的经验和成果 2 ．掌握物理学数字资源创作的基本原则与方法 2 ．掌握数字化教学资源创作的基本原则与方法 3 ．具体学会静电场、静磁场和运动轨迹的数字模 拟方法 四、课程重难点 课程重点 课程难点 1. 掌握二维图形与三维图形的基本命令 1. 三维图形绘制 2. 循环命令与条件语句的使用 2. 微分方程组的数值解 3. 定积分的数值解；微分方程组的数值解；方阵 3. 带电圆线圈电势电势和电场强度的椭圆积分表 的特征值和特征向量 达式及其数字化研究； 4. 几个重要的静电场、静磁场和运动轨迹的数字 4. 电子在一对同向载流圆线圈磁场中的运动 磁 模拟