Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/37

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Факультет физики, математики и информационных технологий

Кафедра физики и приборостроения

Программа ОБУЧЕНИЯ ПО дисциплинЕ (Syllabus)

«Моделирование физических процессов»

для студентов специальности: 050716 – «Приборостроение»

Павлодар

Лист утверждения программы Форма

обучения по дисциплине Ф СО ПГУ 7.18.3/38

(Syllabus)

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета физики, математики и информационных технологий_______Нурбекова Ж.К. "___" __________20__ г.

Составитель: доцент, к. ф.-м. н._________

Кафедра физики и приборостроения

Программа обучения по дисциплине

«Моделирование физических процессов»

для студентов очной формы обучения специальности

050716 – «Приборостроение»

Программа разработана на основании рабочей учебной программы, утвержденной «___» _______________ 20__ г.

Рекомендована на заседании кафедры от «___»__________20__ г.

Протокол № _______.

Заведующий кафедрой _____________ «___»__________20__ г.

Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___» _________ 20__ г.

Протокол №_____

Председатель УМС_________________ «___»__________20__ г.

1 Сведения о преподавателях и контактная информация

к. ф.-м. н., доцент кафедры физики и приборостроения.

Кафедра физики и приборостроения находится в А корпусе, аудитория А-313, контактный телефон: .

2 Данные о дисциплине

Дисциплина будет изучаться в 6 семестре продолжительностью в 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часа, из них 45 часов отведено на занятия в аудитории и 90 часов – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане.

3 Трудоемкость дисциплины

Семестр	Количество кредитов	Количество контактных часов по видам аудиторных занятий	Количество часов самостоятельной работы студента	Формы контроля
всего	лекции	практические	Лабораторные	студийные	индивидуальные	всего	СРСП
6	3	135	15	22,5	7,5			90	45	Р1, Р2, экзамен

4 Цель и задачи дисциплины:

Цель дисциплины:

Дать студентам знания по фундаментальным вопросам моделирования физических процессов. Активное участие в численном моделировании вырабатывает более глубокое интуитивное понимание физических концепций.

Задачи дисциплины:

- в лекционном курсе на теоретическом уровне должны быть освещены основные вопросы моделирования физических процессов;

- на практических занятиях необходимо обеспечить выработку навыков и умения самостоятельно решать самые разнообразные практические задачи, умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности;

- на лабораторных занятиях необходимо формировать навыки и умения проведения физического эксперимента на компьютере, обработки результатов измерений и их анализа, а также ознакомить с методами физического моделирования; в рамках часов, отведённых на самостоятельную работу студента, необходимо расширить знания и умения студентов по вопросам дисциплины. Для этого предусматривается работа с дополнительной литературой и ознакомление с современной научной аппаратурой.

В результате изучения дисциплины «Моделирование физических процессов» студент должен уметь:

- пользоваться с основными математическими методами приближенного решения физических задач, ставить и решать простейшие задачи на компьютере, обрабатывать, и оценивать полученные результаты,

- строить математические модели простейших физических задач и использовать для изучения этих моделей компьютерные методы;

- ставить проблему, выбирать методы решения с использованием компьютерных моделей.

5 Требования к знаниям, умениям и навыкам

Для успешного освоения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки приобретенные при изучении следующих дисциплин: высшая математика, физика 1 и физика 2, программирование.

6 Пререквизиты

Для освоения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки приобретенные при изучении следующих дисциплин: высшая математика, физика 1 и физика 2, программирование.

7 Постреквизиты

Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины необходимы для прохождения профессиональной практики и при подготовке дипломной работы.

8 Тематический план

№ п/п	Наименование тем	Количество часов
Лекц.	Практ.	Лаб	СРС
1	2	3	4	5	6
1.	Введение. Значение компьютеров в физике. Природа численного моделирования. Математический пакет MatLab.	1	-	-	-
2.	Моделирование относительных движений в классической механике.	1	2	0,5	12
3.	Модели физических процессов, использующие дифференциальные урвнения 1-го порядка.	2	2	1	12
4.	Динамика материальной точки.	1	2	1	6
5.	Моделирование Солнечной системы.	1	2	1	6
6.	Моделирование стационарных электрических и магнитных полей.	1	4	1	6
7.	Моделирование движения электрических зарядов в электрических и магнитных полях.	2	2	1	12
8.	Моделирование колебательных процессов.	2	2,5	1	12
9.	Моделирование систем, состоящих из большого числа частиц. Метод молекулярной динамики.	4	6	1	24
Итого	15	22,5	7,5	90

9 Краткое описание дисциплины

Курс «Моделирование физических процессов» занимает важное место при подготовке студентов специальности приборостроение. В курсе, на основе пакета MatLab, будут строится и изучаться компьютерные модели различных физических явлений.

10 Компоненты курса

10.1 Перечень лекционных занятий

Тема 1. Введение. Значение компьютеров в физике. Природа численного моделирования. Математический пакет MatLab.

Тема 2. Моделирование относительных движений в классической механике. Построение орбиты Луны в гелиоцентрической системе отсчета. Построение орбиты Марса в системе отсчета, связанной с Землей.

Тема 3. Модели физических процессов, использующие дифференциальные урвнения 1-го порядка. Моделирование остывания нагретых тел. Алгоритм Эйлера. Решение дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта 4-го порядка.

Тема 4. Динамика материальной точки. Движение в гравитационном поле Земли с учетом трения.

Тема 5. Моделирование Солнечной системы. Уравнения движения планет. Движение по окружности. Эллиптические орбиты. Астрономические единицы. Численное моделирование орбиты. Пространство скоростей. Солнечная система в миниатюре.

Тема 6. Моделирование стационарных электрических и магнитных полей. Электрическое поле системы неподвижных зарядов. Магнитное поле витка с постоянным током. Численное решение уравнений Пуассона-Лапласа.

Тема 7. Моделирование движения электрических зарядов в электрических и магнитных полях. Рассеивание частиц в центральном поле. Опыт Резерфорда.

Тема 8. Моделирование колебательных процессов. Линейный гармонический осциллятор. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Принцип суперпозиций. Колебания в электрических цепях.

Тема 9. Динамка систем многих частиц. Потенциал межмолекулярного взаимодействия. Численный алгоритм. Краевые условия. Программа молекулярной динамики. Измерение макроскопических величин. Простые свойства переноса.

10.2 Перечень и содержание практических занятий

№ п/п	Наименование темы	Содержание
1	2	3
1.	Моделирование относительных движений в классической механике.	Построение орбиты Луны в гелиоцентрической системе отсчета. Построение орбиты Марса в системе отсчета, связанной с Землей.
2.	Модели физических процессов, использующие дифференциальные урвнения 1-го порядка.	Моделирование остывания нагретых тел. Алгоритм Эйлера. Решение дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта 4-го порядка.
3.	Динамика материальной точки.	Движение в гравитационном поле Земли с учетом трения.
4.	Моделирование Солнечной системы.	Уравнения движения планет. Движение по окружности. Эллиптические орбиты. Астрономические единицы. Численное моделирование орбиты. Пространство скоростей. Солнечная система в миниатюре.
5.	Моделирование стационарных электрических и магнитных полей.	Электрическое поле системы неподвижных зарядов. Магнитное поле витка с постоянным током. Численное решение уравнений Пуассона-Лапласа.
6.	Моделирование движения электрических зарядов в электрических и магнитных полях.	Моделирование движения электрических зарядов в электрических и магнитных полях. Рассеивание частиц в центральном поле. Опыт Резерфорда.
7.	Моделирование колебательных процессов.	Линейный гармонический осциллятор. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Принцип суперпозиций. Колебания в электрических цепях.
8.	Моделирование систем, состоящих из большого числа частиц. Метод молекулярной динамики.	Потенциал межмолекулярного взаимодействия. Численный алгоритм. Краевые условия. Программа молекулярной динамики. Измерение макроскопических величин. Простые свойства переноса.

10.3 Перечень лабораторных занятий

№ п/п	Наименование лабораторных работ
1	2
1.	Моделирование относительных движений в классической механике.
2.	Модели физических процессов, использующие дифференциальные урвнения 1-го порядка.
3.	Динамика материальной точки.
4.	Моделирование Солнечной системы.
5.	Моделирование стационарных электрических и магнитных полей.
6.	Моделирование движения электрических зарядов в электрических и магнитных полях.
7.	Моделирование колебательных процессов.
8.	Моделирование систем, состоящих из большого числа частиц. Метод молекулярной динамики.

10.4 Содержание самостоятельной работы студента

10.4.1 Перечень видов СРС

№ п/п	Вид СРС	Форма отчетности	Вид контроля	Объем в часах
1.	Подготовка к лекционным занятиям		Участие на занятии	15
2.	Подготовка к практическим занятиям, выполнение домашних заданий	Рабочая тетрадь	Участие на занятии	15
3.	Подготовка к лабораторным работам	Рабочая тетрадь	Сдача лабораторных работ	15
4.	Изучение материала, не вошедшего в содержание аудиторных занятий	Конспект (и др.)	Коллоквиум (и др.)	15
5.	Подготовка к контрольным мероприятиям		РК 1, РК 2, коллоквиум (тестирование и др.)	30
Всего	90

10.4.2 Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение студентами

№ п/п	Наименование работ	Содержание задания	Рекомендуемая литература
1	2	3	4
1	Основные приемы работы с пакетом MatLab.	Графический интерфейс пользователяи простейшие вычисления. Визуализация результатов вычислений. Встроенные средства решения типовых задач алгебры и анализа.	[2,10]
2	Обзор дополнительных возможностей работы в интерактивном режиме.	Операторы цикла в М-языке. Анимация. Сценарии и М-файлы.	[2,10]
3	Программирование на М-языке системы MatLab.	Встроенные типы данных пакета MatLab. Программирование функции на М-языке. Программирование графического интерфейса пользователя.	[2,10]

11 Политика курса

Система требований:

- активно участвовать в учебном процессе;

- своевременно и в полном объеме выполнять домашнее задание;

- не нарушать правила внутреннего распорядка;

- не пропускать и не опаздывать на занятия.

- пропущенные занятия отрабатывать в определенное преподавателем время;

- придерживаться доброжелательного, делового стиля общения с сокурсниками и преподавателями.

При изучении курса используется рейтинговая система оценки знаний студентов.

В середине и конце семестра по 100 бальной шкале определяется оценка текущей успеваемости (ТУ) по изученному модулю дисциплины.

Оценка ТУ это сумма баллов набранных за:

– посещаемость занятий, подготовку к лекционным, лабораторным и практическим занятиям, активную работу на занятиях и участие в контрольных мероприятиях;

– своевременность, качество выполнения практических и самостоятельных работ:

Перечень видов СРС, календарный график выполнения и сдачи заданий описаны в ПДС.

Оценка рубежного контроля (РК) так же определяется по 100 балльной шкале.

Все задания должны выполняться к установленному времени. Любые нарушения правил поведения на занятиях будут наказываться, вплоть до удаления из аудитории. За пропуски занятий устанавливаются следующие штрафные санкции:

за отсутствие на занятии без уважительной причины - 0 баллов; 0 баллов за каждое неотработанное занятие; задания, выполненные с опозданием без уважительной причины, оцениваются баллами меньше, в зависимости от сроков сдачи заданий.

Рейтинговые баллы указаны в календарном графике контрольных мероприятий

Если в силу каких-либо причин вы отсутствовали во время проведения контрольного мероприятия, вам предоставляется возможность пройти его во время консультаций преподавателя, в противном случае вы получаете «0» баллов.

К рубежному контролю по дисциплине допускаются студенты, имеющие баллы по ТУ:

По итогам оценки ТУ и РК определяется рейтинг (Р1 И Р2) студента по дисциплине по формуле:

Р1(2)=ТУ1(2)*0,7+РК1(2)*0,3.

Рейтинг не определяется, если студент не прошел РК или получил по РК менее 50 баллов. В данном случае декан устанавливает индивидуальные сроки сдачи РК.

Оценка рейтинга допуска к итоговой аттестации (экзамен) студента по дисциплине за семестр равна

РД=(Р1+Р2)/2.

К итоговому контролю (ИК) по дисциплине допускаются студенты, выполнившие все требования рабочей учебной программы и набравшие рейтинг допуска (не менее 50 баллов).

Уровень учебных достижений студентов по каждой дисциплине (в том числе и по дисциплинам, по которым формой итогового контроля ТЭ) определяется итоговой оценкой (И), которая складывается из оценок РД и ИК (экзамена с учетом их весовых долей (ВДРД и ВДИК).

И=РД*ВДРД+ИК*ВДИК

Весовые доли ежегодно утверждаются ученым советом университета и должны быть для РД не менее 0,6, а для ИК не более 0,4.

Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах в соответствии с таблицей 1, переводится в цифровой эквивалент, буквенную и традиционную оценку и вносится в «Журнал учебных достижений обучающихся» и «Рейтинговую ведомость».

Если Вы получили на экзамене оценку F, то его итоговый рейтинг не определяется, а в ведомости заносится оценка «не удовлетворительно».

Таблица 1

Итоговая оценка в баллах (И)	Цифровой эквивалент баллов (Ц)	Оценка в буквенной системе (Б)	Оценка по традиционной системе
Экзамен, дифзачет	Зачет
95-100	4	A	Отлично	Зачтено
90-94	3,67	A-
85-89	3,33	B+	Хорошо
80-84	3,0	B
75-79	2,67	B-
70-74	2,33	C+	Удовлетворительно
65-69	2,0	C
60-64	1,67	C-
55-59	1,33	D+
50-54	1,0	D
0-49	0	F	Не удовлетворительно	Не зачтено

12 Список литературы

Основная

1 Компьютерное моделирование в физике : В 2-х частях. Часть1 : Пер. с англ. – М. : Мир, 1990. – 349 с., ил.

2 Н Введение в MATLAB 6. – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002 – 352 с.

3 Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003 – 592 с., ил.

Дополнительная

4 Матвеев физика: Учеб. пособие для студентов вузов.-М.: Высш. шк., 1989.– 439 с. ISBN -7

5 Матвеев физика; Учеб. пособие для вузов.-М.: Высшая школа, 1981. – 400 с.

6 Матвеев :Учеб. пособие для физ. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1985.– 351 с.

7 , Механика и теория относительности.–М.: Высшая школа, 1986.

8 , Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 1983.

9 , MATLAB для студента. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 320 с.