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計算物理數據方法有哪些方法有哪些

發布時間:2024-07-22 16:45:39

① 物理實驗數據處理的方法有哪些

實驗數據的處理方法

實驗結果的表示,首先取決於實驗的物理模式,通過被測量之間的相互關系,考慮實驗結果的表示方法。常見的實驗結果的表示方法是有圖解法和方程表示法。在處理數據時可根據需要和方便選擇任何一種方法表示實驗的最後結果。

(1)實驗結果的圖形表示法。把實驗結果用函數圖形表示出來,在實驗工作中也有普遍的實用價值。它有明顯的直觀性,能清楚的反映出實驗過程中變數之間的變化進程和連續變化的趨勢。精確地描制圖線,在具體數學關系式為未知的情況下還可進行圖解,並可藉助圖形來選擇經驗公式的數學模型。因此用圖形來表示實驗的結果是每個中學生必須掌握的。

圖解法主要問題是擬合面線,一般可分五步來進行。

①整理數據,即取合理的有效數字表示測得值,剔除可疑數據,給出相應的測量誤差。

②選擇坐標紙,坐標紙的選擇應為便於作圖或更能方使地反映變數之間的相互關系為原則。可根據需要和方便選擇不同的坐標紙,原來為曲線關系的兩個變數經過坐標變換利用對數坐標就要能變成直線關系。常用的有直角坐標紙、單對數坐標紙和雙對數坐標紙。

③坐標分度,在坐標紙選定以後,就要合理的確定圖紙上每一小格的距離所代表的數值,但起碼應注意下面兩個原則:

a.格值的大小應當與測量得值所表達的精確度相適應。

b.為便於制圖和利用圖形查找數據每個格值代表的有效數字盡量採用1、2、4、5避免使用3、6、7、9等數字。

④作散點圖,根據確定的坐標分度值將數據作為點的坐標在坐標紙中標出,考慮到數據的分類及測量的數據組先後順序等,應採用不同符號標出點的坐標。常用的符號有:×○●△■等,規定標記的中心為數據的坐標。

⑤擬合曲線,擬合曲線是用圖形表示實驗結果的主要目的,也是培養學生作圖方法和技巧的關鍵一環,擬合曲線時應注意以下幾點:

a.轉折點盡量要少,更不能出現人為折曲。

b.曲線走向應盡量靠近各坐標點,而不是通過所有點。

c.除曲線通過的點以外,處於曲線兩側的點數應當相近。

⑥註解說明,規范的作圖法表示實驗結果要對得到的圖形作必要的說明,其內容包括圖形所代表的物理定義、查閱和使用圖形的方法,制圖時間、地點、條件,制圖數據的來源等。

(2)實驗結果的方程表示法。方程式是中學生應用較多的一種數學形式,利用方程式表示實驗結果。不僅在形式上緊湊,並且也便於作數學上的進一步處理。實驗結果的方程表示法一般可分以下四步進行。

①確立數學模型,對於只研究兩個變數相互關系的實驗,其數學模型可藉助於圖解法來確定,首先根據實驗數據在直角坐標系中作出相應圖線,看其圖線是否是直線,反比關系曲線,冪函數曲線,指數曲線等,就可確定出經驗方程的數學模型分別為:

Y=a+bx,Y=a+b/x,Y=a\b,Y=aexp(bx)

②改直,為方便的求出曲線關系方程的未定系數,在精度要求不太高的情況下,在確定的數學模型的基礎上,通過對數學模型求對數方法,變換成為直線方程,並根據實驗數據用單對數(或雙對數)坐標系作出對應的直線圖形。

③求出直線方程未定系數,根據改直後直線圖形,通過學生已經掌握的解析幾何的原理,就可根據坐標系內的直線找出其斜率和截距,確定出直線方程的兩個未定系數。

④求出經驗方程,將確定的兩個未定系數代入數學模型,即得到中學生比較習慣的直角坐標系的經驗方程。

中學物理實驗有它一套實驗知識、方法、習慣和技能,要學好這套系統的實驗知識、方法、習慣和技能,需要教師在教學過程中作科學的安排,由淺入深,由簡到繁加以培養和鍛煉。逐步掌握探索未知物理規律的基本方法。

② 計算物理學中常用的數學方法有哪些

計算物理學是一門新興的邊緣學科。利用現代電子計算機的大存儲量和快速計算的有利條件,將物理學、力學、天文學和工程中復雜的多因素相互作用過程,通過計算機來模擬。如原子彈的爆炸、火箭的發射,以及代替風洞進行高速飛行的模擬試驗等。
理論物理是從一系列的基本物理原理出發,列出數學方程,再用傳統的數學分析方法求出解析解,通過這些解析解所得到的結論和實驗觀測結果進行對比分析,從而解釋已知的實驗現象並預測未來的發展。
隨著計算機技術的飛速發展和計算方法的不斷完善,計算物理學在物理學進一步發展中扮演著越來越重要的不可替代的角色,計算物理學越來越經常地與理論物理學和實驗物理學一起被並稱為現代物理學的三大支柱。很難想像一個21世紀的物理系畢業生,不具備計算物理學的基本知識,不掌握計算物理學的基本方法。
它主要包括在傳統物理課題中常用的數值計算方法(如偏微分方程的數值求解方法、計算機模擬方法中的隨機模擬方法-蒙特卡羅方法和確定性模擬--分子動力學方法以及神經元網路方法)以及計算機符號處理等內容。

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