Математические пакеты их использование в физике

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Кемеровский государственный университет

физический факультет

УТВЕРЖДАЮ

РЕКТОР КЕМЕРОВСКОГО

ГОСУНИВЕРСИТЕТА

_______________________

"_____"__________2010_ г.

Рабочая программа дисциплины

«Математические пакеты их использование в физике»

Направление подготовки

011200 Физика

Профиль подготовки

физика конденсированного состояния

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения

Очная

Кемерово

2010 г.

1. Цели освоения дисциплины

Основная цель курса – привить культуру работы компьютере. Основная задача, овладение математическими пакетами как численных, так и аналитических вычислений и их свободное использование как при изучении профильных курсов, так и при выполнении самостоятельной НИРС. Умение оформить и наглядно представлять специфическую физико-математическую информацию.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Курс «Математические пакеты их использование в физике» входит в вариативную часть Математического и общенаучного цикла как дисциплина по выбору профиля «Физика конденсированного состояния» направления 011200 Физика подготовки бакалавров.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Математические пакеты их использование в физике»: ОК-1, 3, 6, 7, 9, 12, 14, 17; ПК-1, 2, 4, 6, 10.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

· Знать: специальные программные средства для проведения численных и аналитических вычислений и возможности их использования в физике.

· Уметь: эффективно решать математические и физические задачи с использованием вычислительной техники.

· Владеть: компьютерными методами представления математической и физической информации.

4. Структура и содержание дисциплины (модуля) «Математические пакеты их использование в физике»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы ___72__ часа.

4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы (в часах)

4.1.1. Объём и виды учебной работы (в часах) по дисциплине в целом

Вид учебной работы	Всего часов
Общая трудоемкость базового модуля дисциплины	72
Аудиторные занятия (всего)	36
В том числе:
Лекции	18
Семинары	18
Самостоятельная работа	36
В том числе:
реферат
Индивидуальные работы
Вид промежуточного контроля	Зачёт, к/т
Вид итогового контроля зачёт	Зачёт

4.1.2. Разделы базового обязательного модуля дисциплины и трудоемкость по видам занятий (в часах)

№ п/п	Раздел Дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Общая трудоёмкость (часах)	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Учебная работа	В. т.ч. активных форм	Самостоятельная работа
				всего	лекции	Практ.
1	Работа в среде MathCard	5	1-6	24	6	6	2	12	Индивидуальное задание
2	Работа в среде Maple.	5	6-10	16	4	4	4	8	Индивидуальное задание, к. т.
3	Работа в среде Mathematica	5	11-14	16	4	4	2	8	К. т.
4	Офисные средства для работы с математическими и физическими объектами	5	15-18	16	4	4	4	8	Индивидуальное задание
	Всего за 8 семестр			72	18	18	12	36	зачёт

4.2 Содержание дисциплины

Содержание лекций базового модуля дисциплины

№	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела дисциплины	Результат обучения, формируемые компетенции
1	Работа в среде MathCard	а) Решение алгебраических уравнений и систем уравнений. б) Графические возможности пакета. в) Решение дифференциальных уравнений. г) Анимация д) Возможности аналитических вычислений е) Программирование.	ОК-1,3,9,12,16 ПК-4,6
2	Работа в среде Maple.	а) Среда вычислений. б) Аналитические вычисления. в) Графические возможности пакета и анимация. г) Решение алгебраических уравнений и систем уравнений. д) Решение дифференциальных уравнений.	ОК-1,3,9,12,16 ПК-4,6
3	Работа в среде Mathematica	А) Среда вычислений. Б) Аналитические вычисления. В) Графические возможности пакета и анимация. Г) Решение алгебраических уравнений и систем уравнений. Д) Решение дифференциальных уравнений	ОК-1,3,9,12,16 ПК-4,6
4	Офисные средства для работы с математическими и физическими объектами	1. Офисные программы фирмы Microsoft. Эффективная работа в MS Word, Excel, PowerPoint. 2. Работа с редакторамим формул	ПК-4, 10

Содержание практических занятий базового обязательного модуля дисциплины

№	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела дисциплины	Результат обучения, формируемые компетенции
1	Работа в среде MathCard	Интерфейс. Постановка и оформление задач. Методы решения алгебраических уравнений на примере задачи о «пожарном ведре» Численное интегрирование и дифференцирование. Решение дифференциальных уравнений. Символьные вычисления. Графика и анимации.	ОК-6,9,12 ПК-6
2	Работа в среде Maple.	Интерфейс. Постановка и оформление задач. Основные операторы. Аналитические методы решения алгебраических уравнений на примере задачи о «пожарном ведре» Решение дифференциальных уравнений. Графика и анимации.	ОК-6,9,12 ПК-6
3	Работа в среде Mathematica	Интерфейс. Постановка и оформление задач. Основные операторы.	ОК-6,9,12 ПК-6
4	Офисные средства для работы с математическими и физическими объектами	Вычисления в Exel. Редакторы формул.	ОК-6,9,12 ПК-10

5. Образовательные технологии:

Лекции-демонстрации, семинары - лабораторные, самостоятельные работы – оформление решенных задач и их защита, зачет.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Контрольные задания.

I. 

1.  В среде MathCard решить задачу о «пожарных ведрах»: как нужно разрезать круговую заготовку, чтобы из получившихся секторов сделать два ведра максимального объема.

2.  В среде MathCard графически решить задачу об уровнях энергии квантовой частицы в «потенциальной яме» . (Решить систему уравнений

II.  ).

3.  В среде MathCard построить анимационный график волнового пакета

III.  , где

4.  В среде MathCard численно решить простое дифференциальное уравнение с заданными «начальными» условиями при различных значениях параметров а и с.

5.  В среде MathCard исследовать поведение вырожденной гипергеометрической функции при различных значениях параметров а и с.

6.  В среде MathCard решить задачу «о браконьере». По берегу круглого озера патрулирует с постоянной по величине скоростью егерь. Браконьер на озере движется с постоянной по величине скоростью, причем направление скорости всегда направлено в сторону, противоположную нахождению егеря. Изобразить траекторию движения браконьера по озеру.

7.  Для предыдущей задачи, найти траекторию егеря, преследующего браконьера, когда браконьер покинет озеро, начнет убегать по прямой, перпендикулярно берегу.

8.  Решить уравнение Томаса-Ферми для иона: с граничными условиями: .

IV.  9-16. Выполнить задания 1-8 в среде Maple.

V.  17-24. Выполнить задания 1-8 в среде Mathematica.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Дисплейный класс, лицензионное программное обеспечение.

Литература

1.  А. Левин. Самоучитель работы на компьютере. WWW. *****, М:2001.

2.  В. Костромин. Linux для пользователей. «БХВ-Петербург», 2003.

3.  . Mathcad PLUS 6.0 для студентов и инженеров. Компьютер Пресс, 1996.

4.  В. Рагулин. Практикум по Maple. Электронная разработка.

5.  Н. Аленова. Первые Шаги – Учебник по HTML для чайников. http://www. *****/1step2.html

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки 011200 Физика – Физика конденсированного состояния.

Автор: (доцент каф. теор физики КемГУ, к. ф.м.-н.)

Рабочая программа дисциплины обсуждена на

заседании кафедры теоретической физики

Протокол № ______ от «______»_______________2010 г.

Зав. кафедрой ________________________

Одобрено методической комиссией физического факультета

Протокол № ______ от «______»_______________2010 г.

Председатель _________________________