计算物理课程教学大纲

新疆大学“计算物理学”教学大纲课程英文名称：Computational Physics课程编号：课程类型：专业选修总学时：72 学分：4适用对象：物理系计算物理专业本科生先修课程：普通物理学，高等数学，FORTRAN语言（或C语言）使用教材及参考书：（《书名》，编著人姓名，出版社名称，出版年份，是否全国优秀教材）《计算物理》，杨请建，上海科学技术出版社。

1988年一、课程性质、目的和任务计算物理学物理学领域中相对较为新的一门专业核心课程。

学习计算物理不仅能使学生系统地掌握物理模型和数学模型的建立方法和数值计算方法的选取原则，还能使学生获得分析和处理一些物理问题的基本方法和解决问题的能力，提高逻辑推理和插象思维的能力，为独立解决实际问题打下必要的数学物理基础。

二、教学基本要求具有扎实的普通物理学及高等数学基础知识，熟悉FORTRAN语言（或C语言），具有一定的计算机操作能力。

三、教学内容及要求第一章计算机在物理学中的应用$1.1 概述$1.2 计算机简介$1.3 计算流程图$1.4 FORTRAN语言介绍第二章几个简单计算$2.1 平均值和偏差，气垫实验数据处理$2.2 氢气在低温下热容量的计算$2.3 多道分析器的数据处理$2.4 猜数字，求平方根$2.5 泰勒展开近似计算$2.6 π的计算第三章静电势、电子线路和扩散$3.1 两个点电荷产生的静电势$3.2 带电金属丝产生的静电势$3.3 RC回路中电容器放电的研究——欧勒法应用$3.4 RLC电路中的放电理象$3.5 二维扩散方程的差分解法第四章误差及误差的改善$4.1 计算过程的误差$4.2 用近似方法计算定积分的误差$4.3 龙格库塔方法第五章薛定谔方程$5.1 一维方势阱的计算机求解$5.2 粒子在辏力场中的运动第六章用矩阵方法计算薛定谔方程的本征值$6.1 本征值方程的矩阵表示$6.2 矩阵的定义和一些性质$6.3 计算矩阵本征值的雅可比方法$6.4 线性代数方程组的高斯解法第七章复杂电荷分布的电势计算$7.1 泊松方程和变分法$7.2 有限元法$7.3 复杂电荷分布电势的有限元法计算箫八章蒙特卡罗方法$8.1 膺无规数的产生$8.2 链式反应的模拟$8.3 趋向平衡态的计算机模拟$8.4 麦曲罗保利斯方法$8.5 经典体系自由能的蒙特卡罗计算第九章实验数据处理$9.1 实验数据的拉格朗日插值法$9.2 样条插值$9.3 实验数据的曲线拟台$9.4 实验数据频谱分析的快速博立叶算法四、教学重点与难点重点：熟练掌握FORTRAN语言，常见积分的数值计算，简单微分方程的数值求解，简单物理问题的建模、方法实现及程序化。

《数学物理方法》教学大纲课程名称：数学物理方法英文名称：Methods of Mathematics and Physics课程编号：09120004学时数及学分：64 学时 4学分教材名称及作者：《数学物理方法》（第三版）梁昆淼编出版社、出版时间：高等教育出版社，1995年本大纲主笔人：彭建设一、课程的目的、要求和任务本课程是物理系各专业的基础理论课，通过本课程的学习，使学生掌握处理物理问题的一些基本数学方法，为进一步学习后继课程提供必要的数学基础。

要求学生熟悉复变函数(特别是解析函数)的一些基本概念，掌握泰勒级数及洛朗级数的展开方法，利用留数定理来计算回路积分和三类实变函数的定积分；掌握傅立叶变换和拉普拉斯变换的概念及性质，并能运用拉普拉斯变换方法求解积分、微分方程。

了解三种类型的数学物理方程的导出过程，能熟练写出定解问题；掌握用行波法求解一维无界及半无界波动方程，利用分离变量法求解各类齐次及非齐次方程；了解特殊函数的常微分方程，掌握用级数解法求解二阶常微分方程，了解施图姆-刘维尔本征值问题及性质；掌握勒让德多项式、贝塞尔函数及性质，并能利用勒让德多项式求解三维轴对称拉普拉斯方程。

二、大纲的基本内容及学时分配第一部分：复变函数论（一）复变函数（5学时）复数与复数运算，复变函数，导数，解析函数重点：解析函数（二）复变函数的积分（4学时）复变函数的积分，柯西定理，不定积分，柯西公式重点：柯西定理（三）幂级数展开（7学时）复数项级数，幂级数，泰勒级数展开，解析延拓，洛朗级数展开，孤立奇点的分类重点：泰勒级数展开和洛朗级数展开（四）留数定理（5学时）留数定理，应用留数定理计算实变函数定积分重点：应用留数定理计算实变函数定积分（五）傅里叶变换（6学时）傅里叶级数，傅里叶积分与傅里叶变换，δ函数难点：δ函数（六）拉普拉斯变换（5学时）拉普拉斯变换，拉普拉斯变换的反演，应用例重点：拉普拉斯变换的应用第二部分：数学物理方程（七）数学物理定解问题（7学时）数学物理方程的导出，定解条件，达朗贝尔公式重点：写出定解问题（八）分离变数法（12学时）齐次方程的分离变数法，非齐次振动方程和输运方程，非齐次边界条件的处理，泊松方程难点：非齐次方程及非齐次边界条件的处理（九）二阶常微分方程的级数解法本征值问题（7学时）特殊函数常微分方程，常点邻域上的级数解法，正则奇点邻域上的级数解法，施图姆-刘维尔本征值问题难点：施图姆-刘维尔本征值问题（十）球函数（4学时）轴对称球函数重点：利用勒让德多项式求解球坐标系下的拉普拉斯方程（十一）柱函数（2学时）三类柱函数，贝塞尔方程(简介)三、与其它课程的关系先修课程：《高等数学》、《大学物理》四、考核方式1．期末闭卷笔试占总成绩的80％2．平时成绩(作业、课堂讨论和小论文等)占20％五、参考书目《数学物理方法》梁昆淼编高等教育出版社出版 1995(第三版)。

高中物理计算教案
课程名称：高中物理计算
课时：1课时
教学目标：
1.了解物理计算在实际生活和科学研究中的应用；
2.掌握物理计算的基本方法和技巧；
3.培养学生的分析问题和解决问题的能力。

教学内容：
1.物理计算的概念和意义；
2.物理计算的基本方法和技巧；
3.物理计算在实际应用中的案例分析。

教学准备：
1.教师准备相关案例分析和计算实例；
2.学生准备相关教材和笔记。

教学过程：
一、导入（5分钟）
教师通过提问和引言，引导学生了解物理计算的概念和意义。

二、讲解（20分钟）
教师讲解物理计算的基本方法和技巧，引导学生掌握相关知识。

（例如：简单物理公式的推导、物理常数的应用等）
三、案例分析（20分钟）
教师通过案例分析，让学生运用物理计算的方法解决实际问题，培养学生的分析问题和解决问题的能力。

四、总结（10分钟）
教师总结本节课的重点内容，强调物理计算在实际生活和科学研究中的重要性。

五、作业布置（5分钟）
布置相关作业，巩固本节课所学知识。

教学反思：
通过这节课的教学，学生对物理计算的基本方法和技巧有了更深入的了解，同时培养了他们的分析和解决问题的能力。

下一节课可以继续深入讲解物理计算的高级应用，引导学生更深入地理解物理计算的意义和方法。

高中物理计算教案设计
课题：物理计算
教学目标：
1.了解物理计算的基本概念和原理。

2.掌握物理计算中常用的计算方法和公式。

3.能够运用物理计算方法解决实际物理问题。

教学重点：
1.物理计算的基本概念和原理。

2.物理计算中常用的计算方法和公式。

教学难点：
1.如何有效运用物理计算方法解决实际物理问题。

教学准备：
1.教师准备：讲义、黑板、投影仪等。

2.学生准备：笔记本、铅笔、计算器等。

教学过程：
一、导入（5分钟）：
通过引入一个简单的物理计算问题，引起学生的兴趣，激发学生对物理计算的探究。

二、讲解（15分钟）：
1.讲解物理计算的基本概念和原理。

2.介绍物理计算中常用的计算方法和公式。

三、练习（20分钟）：
1.指导学生进行一些简单的物理计算练习，巩固所学知识。

2.引导学生思考和解决一些实际物理问题。

四、总结（5分钟）：
通过总结本节课的重点内容，让学生对物理计算的基本概念和方法有一个清晰的认识。

五、作业布置（5分钟）：
布置相关的物理计算作业，巩固学生对所学知识的理解和掌握。

教学反思：
通过本节课的教学，学生能够初步了解物理计算的基本概念和方法，并能够熟练运用物理计算方法解决简单的物理问题。

在以后的物理学习中，学生将更好地掌握物理知识，提高物理计算能力。

《数学物理方法》课程教学大纲课程代码：课程负责人：姚端正课程中文名称:数学物理方法课程英文名称：Mathematical Methods in Physics课程类别：必修课程学分数：5课程学时数：90授课对象：物理学院基地班、物理类和材料本科生本课程的前导课程：高等数学、普通物理一、教学目的由于数学物理方法课程既是物理类专业的重要基础课又是一门工具课。

故本课程的教学目的，一方面是让学生通过本课程的学习，掌握本课程所涉的数学方法、技巧去解决物理学中的一些问题，如，用留数理论计算物理学中的反常积分，用分离变量法求解物理学中三类典型数理方程的有界问题，用积分变换法求解物理学中三类典型数理方程的无界问题等等；另一方面是让学生通过本课程的学习，其逻辑思维能力得到训练、分析问题解决问题的能力得到提高，而对所学物理学知识加深理解、融会贯通。

二、教学要求熟悉复变函数论中与实变函数论相平行的一些概念，如，连续、极限、可导、初等复变函数的定义等。

掌握解析函数的概念及重要性质、级数展开的方法和用留数理论计算积分特别是计算实积分的方法。

重点掌握求解偏微分方程的各种解法，如，行波法、分离变量法、积分变换法等及特殊函数的相关性质。

三、课程内容与学时分配（黑体五号）课程内容与学时分配表四、教材与参考书（黑体五号）教材：《数学物理方法》（第三版），科学出版社，姚端正、梁家宝，2010。

参考书：[1]《数学物理方法学习指导》（第一版），科学出版社，姚端正，2001。

[2]Mathematical Methods For Physicists(4th ed) ,New York:AcademicPress，ArfkenG.，1997五、考核方式（1）考试形式上采取平时课堂小练习（开卷）和期中、期末考试（闭卷）相结合；（2）在考题类型上采取客观性试题（填空、选择等）和主观性试题（证明、计算题等）相结合；。

计算物理课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称:计算物理所属专业:物理学课程性质:必修学分:4（二）课程简介、目标与任务；计算物理学是以计算机及计算机技术为工具和手段，运用计算数学的方法，解决复杂物理问题的一门应用科学。

是一门发展中的前沿学科，与理论物理、实验物理并列作为物理学的三大支柱，具有很强的实践性，因此在教学过程中，需要综合物理学理论、数值计算方法和计算机程序设计这三方面的知识，并且充分调动和发挥学生的主动性，培养学生使用计算工具软件、熟练地编程计算的实践能力。

并且在教学中让学生多了解相关的前沿科技动态。

计算物理课程的教学目的是，使学生系统地了解物理模型和数学模型的建立方法，掌握基本的数值计算方法以及物理学中常用的数值计算方法；使学生获得通过数值计算和计算机模拟，分析和处理一些物理问题的基本方法，具备基本的解决问题的能力，提高逻辑推理和抽象思维的能力，为独立解决科学研究中的实际问题打下必要的数学物理基础。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；本课程要有一定的物理和数学基础，以便熟悉解决的相关物理问题及用到的数值计算方法；要熟练掌握一门计算机语言（如Fortran, Matlab语言），以便能独立完成上机实践；为以后解决科学研究中的实际数值计算问题打下必要的基础。

（四）教材与主要参考书。

教材:计算物理学 S.E.Koonin著，秦克诚译，高教出版社，1992年11月第1版; Computational Physics, Fortran Version, S.E.Koonin andD.C.Meredith.教学参考书：1.《计算物理学》马文淦著，科学出版社（2005）2.《计算物理学讲义》彭芳麟编写，北师大物理系（2000）3. 计算物理，杨清建编著，上海科学技术出版社。

4. An Introduction to Computational Physics，计算物理学导论，T.Pang著，世界图书出版公司。

《数学物理方法》课程教学大纲（供物理专业试用）课程编码：140612090学时：64学分：4开课学期：第五学期课程类型：专业必修课先修课程：《力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》、《高等数学》教学手段：（板演）一、课程性质、任务1．《数学物理方法》是物理教育专业本科的一门重要的基础课，它是前期课程《高等数学》的延伸，为后继开设的《电动力学》、《量子力学》和《电子技术》等课程提供必需的数学理论知识和计算工具。

本课程在本科物理教育专业中占有重要的地位，本专业学生必须掌握它们的基本内容，否则对后继课的学习将会带来很大困难。

在物理教育专业的所有课程中，本课程是相对难学的一门课，学生应以认真的态度来学好本课程。

2．本课程的主要内容包括复变函数、傅立叶级数、数学物理方程、特殊函数等。

理论力学中常用的变分法，量子力学中用到的群论以及现代物理中用到的非线性微分方程理论等，虽然也属于《数学物理方法》的内容，但在本大纲中不作要求。

可以在后续的选修课中加以介绍。

3．《数学物理方法》既是一门数学课程，又是一门物理课程。

注重逻辑推理和具有一定的系统性和严谨性。

但是，它与其它的数学课有所不同。

本课程内容有很深广的物理背景，实用性很强。

因此，在这门课的教学过程中，不能单纯地追求理论上的完美、严谨，而忽视其应用。

学生在学习时，不必过分地追求一些定理的严格证明、复杂公式的精确推导，更不能死记硬背，而应重视其应用技巧和处理方法。

4．本课程的内容是几代数学家与物理学家进行长期创造性研究的成果，几乎处处都闪耀创新精神的光芒。

教师应当提示学生注意在概念建立、定理提出的过程中所用的创新思维方法，在课堂教学中应尽可能地体现历史上的创造过程，提高学生的创造性思维能力。

二、课程基本内容及课时分配第一篇复数函数论第一章复变函数（10）教学内容：§1.1．复数与复数运算。

复平面，复数的表示式，共轭复数，无穷远点，复数的四则运算，复数的幂和根式运算，复数的极限运算。

《计算机基础与应用》课程教学大纲课程名称：计算机基础与应用课程类别：通识教育必修课适用专业：物理学考核方式：考试总学时、学分：64学时3学分其中实验学时：32 学时一、课程性质、教学目的《计算机基础与应用》是物理学专业开设的一门重要基础课，它服务于物理学的其他各门专业必修课。

该课程培养学生利用计算机处理问题的思维方式和程序设计的基本方法和编程技能，并养成良好的编程风格，培养出一定的软件开发技能，特别是让学生学会编写程序来进行物理学方面的科学计算。

该课程主要包括C语言和计算物理两大方面的内容。

其中C语言部分涉及二进制、数据类型、运算符号、数组、函数、指针、结构体等内容。

在计算物理部分，涉及linux系统的基本操作，Shell编程基本命令，使用shell程序进行基本文件的操作。

其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：培养学生的程序设计和阅读能力，形成C语言的编程思维，并学会利用计算机语言来解决问题。

让学生了解常见的操作系统及其区别，培养使用Linux系统的习惯。

课程教学目标2：掌握有符号整数的二进制表示以及与十进制数的转化、数据的输入与输出，熟记C语言下的数据类型与数据运算符，理解数组、函数、指针和结构体的的定义、赋值与使用。

掌握分支结构、循环结构、break、continue和goto语句。

熟悉使用Microsoft Visual C++ 6.0编译器：会新建应用台工程项目、源程序文件，会调试、编译、运行程序。

课程教学目标3：了解Linux和windows系统的用；掌握Linux 系统文件夹和文件的基本操作,vi文本工具的使用；bash命令，shell 编程基本思路。

课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H:表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。

二、课程教学要求本课程的基本要求是：1、在掌握算法、数据结构、计算方法、结构化程序设计方法的基础上，主要掌握C语言及其程序设计的方法和应用。

《高等数学（物理类）》教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；高等数学，物理类，公共基础课，6学分。

适用于理科基地班和物理，力学，计算机，自然地理，资源环境等专业的非基地班，教材选用[1]，[2]。

理科其它专业的非基地班（如化学，生物，草科等）可采用教材[3]。

（二）课程简介、目标与任务；高等数学课程是综合大学理科各专业必修的一门重要基础理论课，是为培养学生的基本素质、学习后续课程服务的。

通过本课程的学习，逐步培养学生的抽象思维的能力、逻辑推理能力、空间想象能力、自学能力以及综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，为学生学习后续课程和进一步获得近代科学技术知识奠定必要的数学基础。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；没有先修课，是后续课程的基础。

（四）教材与主要参考书。

[1] 张志强，高等数学 (一元微积分)，兰州大学出版社，2008-8。

[2] 张志强，高等数学 (多元微积分)，兰州大学出版社，2008-8。

[3] 张志强，高等数学强化与考研教程 (第一册)，兰州大学出版社，2008-8。

[3] 张志强，高等数学强化与考研教程 (第二册)，兰州大学出版社，2008-8。

二、课程内容与安排下面打“*”号的内容是基地班要讲授的，对非基地班来说，这部分内容或不讲，或选讲，或只介绍必要的结论，可视具体情况而定。

对个别虽非基地班但对数学要求较高、课时较为充裕的专业（如力学专业），应尽量按基地班的要求讲授。

对有些学时较少的专业，还可对下面所列的教学内容作进一步的删节。

第一章函数与极限（20―24课时）第一节变量与函数函数的概念，表示法，函数性态的简单讨论，反函数，复合函数及初等函数。

第二节极限的概念收敛变量，变量的极限，七种极限过程，用定义求极限的几个例子，无穷大量与无界变量。

第三节极限的性质与运算法则极限的基本性质，极限的四则运算法则，*Stolz定理。