计算机仿真实验一

计算机仿真实验1—塞曼效应内容提要：1.分析在垂直于磁场与平行于磁场方向观察Hg 546.1nm谱线在磁场中的分裂，区分π，σ+，σ-谱线，并确定磁场方向。

2.设计方案，选用合适的F—P标准具和改变磁感应强度，验证塞曼分裂的裂距与磁感应强度B的关系。

3.讨论塞曼效应研究原子内部能级结构的方法和应用。

目的要求：1.通过计算机仿真软件研究汞原子（546.1nm）谱线在磁场中的分裂情况。

2.掌握法布里-珀罗标准具的原理和调节方法。

重点难点：1.重点：垂直磁场方向观察塞曼分裂和平行磁场方向观察塞曼分裂。

2.难点：法布里-珀罗标准具的原理和调节方法。

作业：1．如何鉴别F-P标准具的两反射面是否严格平行，如发现不平行应该如何调节？授课情况：1．讲述原理和仿真实验软件的操作（15min）2．示范操作（5min）3．学生自己完成实验（100min）4．检查学生实验完成情况和实验室表格记录（10min）教学设计一、实验内容塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。

荷兰物理学家塞曼(Zeeman在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体，使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。

这个现象的发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁距和空间取向量子化，使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解。

今天我们在计算机仿真软件上掌握塞曼效应的原理,熟悉法布里-珀罗标准具的原理和调节方法。

本实验通过计算机模拟观察Hg(546.1nm谱线垂直磁场方向的塞曼分裂和平行磁场方向的塞曼分裂情况，并研究塞曼分裂谱的特征。

图1二、实验原理原子中的电子作轨道运动和自旋运动，产生的轨道角动量、自旋角动量、轨道磁矩和自旋磁矩，相互关系为：（1）（2）按图1进行向量迭加，可以得到和的关系：，其中g为朗德因子，表征原子总磁矩和总角动量的关系。

原子的总磁矩在外磁场中将受到力矩的作用，使总磁矩和总角动量发生旋进所引起的附加能量为：（3）由于和在磁场中的取向是量子化的，即在磁场方向的分量只能取如下数值：（4）式中M为磁量子数，M=J、J-1、…… -J，共有2J＋1个值。

直流测试励磁电流o I 是200mA不等位电势(0+0.25)⨯1=0.25mv实验值通过计算机计算的斜率k 为6.7850。

因为IB H k U =，所以B K H =6.7850. B=H K 7850.6=27.137850.6=0.5113T H= μB =7-1045113.0⨯π=406879.60A/m 理论值21N H l l I +=μ==+⨯00118.060002310.02.024********.95A/m E==H H -H =95.39392695.393926-60.406879 3.28% 因为nqdK H 1= 所以载流子浓度=⨯⨯⨯⨯==--319102.01060.127.1311n qd K H 2.352110⨯3m 个 控制电流I/mA 2.004.00 6.00 8.00 10.00 霍尔电压U/mv 15.4029.95 45.95 60.85 67.80nqu bd I = 所以载流子迁移速率===b IK u H bdnq I =⨯⨯3-10427.1301.033.18m思考题1、若磁场的法线不恰好与霍尔元件片的法线一致，对测量结果会有何影响？如何用实验的方法判断B 与法线是否一致？答：有影响，若磁场方向与霍尔元件有偏角，则只是测的是B θcos ；转动霍尔元件，当霍尔电压达到最大值时，B 与霍尔元件法线一致。

2、若霍尔元件的几何尺寸为4⨯6mm,即控制电流两端距离为6mm ，而电压两端距离为4mm,问此霍尔片能否测量截面积为5⨯5mm 气隙的磁场？答：不可以，因为尺寸为4⨯6mm 的霍尔元件片不能覆盖住截面为5⨯5mm的气隙，这样会有漏磁效应。

3、能否用霍尔元件片测量交变磁场？答：可以，霍尔电压效应的建立需要的时间很短（约在14-12-1010—秒内）。

电路计算机仿真分析实验报告实验一直流电路工作点分析和直流扫描分析一、实验目的1、学习使用Pspice软件，熟悉它的工作流程，即绘制电路图、元件类别的选择及其参数的赋值、分析类型的建立及其参数的设置、Probe窗口的设置和分析的运行过程等。

2、学习使用Pspice进行直流工作点分析和直流扫描分析的操作步骤。

二、原理与说明对于电阻电路，可以用直观法（支路电流法、节点电压法、回路电流法）列写电路方程，求解电路中各个电压和电流。

PSPICE软件是采用节点电压法对电路进行分析的。

使用PSPICE软件进行电路的计算机辅助分析时，首先在capture环境下编辑电路，用PSPICE的元件符号库绘制电路图并进行编辑、存盘。

然后调用分析模块、选择分析类型，就可以“自动”进行电路分析了。

需要强调的是，PSPICE软件是采用节点电压法“自动”列写节点电压方程的，因此，在绘制电路图时，一定要有参考节点（即接地点）。

此外，一个元件为一条“支路”（branch）,要注意支路（也就是元件）的参考方向。

对于二端元件的参考方向定义为正端子指向负端子。

三、示例实验应用PSPICE求解图1-1所示电路个节点电压和各支路电流。

图1-1 直流电路分析电路图R2图1-2 仿真结果四、选做实验1、实验电路图（1）直流工作点分析，即求各节点电压和各元件电压和电流。

（2）直流扫描分析，即当电压源Us1的电压在0-12V之间变化时，求负载电阻R L中电流I RL随电压源Us1的变化曲线。

IPRINT图1-3 选做实验电路图2、仿真结果Is21Adc1.000AVs35Vdc3.200A R431.200A23.20VVs47Vdc1.200A 0VR142.800AIs32Adc 2.000A12Vdc2.800AIIPRINT3.200A10.60V 12.00V Is11Adc 1.000A18.80V 28.80V15.60V3.600VR222.800ARL13.200A18.80VVs210Vdc2.800A Is53Adc3.000AI42Adc图1-4 选做实验仿真结果3、直流扫描分析的输出波形图1-5 选做实验直流扫描分析的输出波形4、数据输出V_Vs1 I(V_PRINT2)0.000E+00 1.400E+00 1.000E+00 1.500E+00 2.000E+00 1.600E+00 3.000E+00 1.700E+00 4.000E+00 1.800E+00 5.000E+00 1.900E+00 6.000E+00 2.000E+00 7.000E+00 2.100E+00 8.000E+00 2.200E+009.000E+00 2.300E+001.000E+012.400E+001.100E+012.500E+001.200E+012.600E+00从图1-3可以得到IRL与USI的函数关系为：I RL=1.4+(1.2/12)U S1=1.4+0.1U S1 (公式1-1)五、思考题与讨论：1、根据图1-1、1-3及所得仿真结果验证基尔霍夫定律。

课程教案课程名称：计算机仿真技术实验任课教师：汤群芳所属院部：电气与信息工程学院教学班级：电气1403-04班教学时间：2015—2016学年第2学期湖南工学院课程基本信息1 实验一熟悉MATLAB环境及基本运算（验证性实验）一、本次课主要内容1、熟悉MATLAB环境；2、掌握MATLAB常用命令；3、MATLAB变量与运算符。

二、实验目的与要求1、熟悉MATLAB开发环境；2、掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算。

三、教学重点难点重点：矩阵的运算；难点：无。

四、教学方法和手段课堂讲授、演示；巡回指导。

五、作业与习题布置完成实验报告2 实验一熟悉MATLAB环境及基本运算（验证性实验）一、实验目的1．熟悉MATLAB开发环境2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算二、实验原理1.熟悉MATLAB环境熟悉MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览文件和搜索路径浏览器。

3.MATLAB变量与运算符变量命名规则如下：（1）变量名可以由英语字母、数字和下划线组成（2）变量名应以英文字母开头（3）长度不大于31个（4）区分大小写MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。

表1 MATLAB的特殊变量与常量MATLAB运算符，通过下面几个表来说明MATLAB的各种常用运算符3表2 MATLAB算术运算符表3 MATLAB关系运算符表4 MATLAB逻辑运算符表5 MATLAB特殊运算4. MATLAB的一维、二维数组的访问45. MATLAB的基本运算表7 两种运算指令形式和实质内涵的异同表6.MATLAB的常用函数表8 标准数组生成函数5表9 数组操作函数7.多项式运算poly——产生特征多项式系数向量roots——求多项式的根p=poly2str(c,‘x’)—（将特征多项式系数向量c转换为以习惯方式显示是多项式）conv, convs——多项式乘运算deconv——多项式除运算polyder(p)——求p的微分polyder(a, b)——求多项式a,b乘积的微分[p,q]=polyder(p1,p2)——求解多项式p1/p2微分的有理分式Polyval(p,A)——按数组运算规则求多项式p在自变量A的值polyvalm(p,A)——按矩阵运算规则求多项式p在自变量A的值三、实验仪器设备与器材计算机（安装有MATLAB软件平台）。

实验一 MATLAB基础实验目的：1、熟悉MATLAB的操作环境；2、掌握MATLAB的基本运算指令。

实验内容：MATLAB的启动和退出方法，各菜单项的功能；MA TLAB的部分基本运算指令。

实验题目：1、自拟题目验证矩阵的生成、运算、翻转指令。

2、求解线性方程组AX=B。

1 1.52 9 7 30 3.6 0.5 -4 4 -4其中A= 7 10 -3 22 33 ，B= 203 7 8.5 21 6 53 8 0 90 -20 163、求方程 x^4+7x^3 +9x-20=0的全部根。

实验二 MATLAB程序设计实验目的：掌握MA TLAB的编程方法，命令窗口的数据输入和数据输出方法，控制程序流程的常用指令及其结构，以及函数文件的调用。

实验内容：1 M文件编辑器界面如下：要求：1）简单程序的编写与运行。

（自己找实例：程序M文件与函数M文件）2）熟练掌握各种程序控制语句。

循环语句：for循环，while循环条件语句：if else elseif分支语句：switchcontinue和break语句3）通过实际程序编制及执行，深入理解程序M文件与函数M文件的区别。

2 MA TLAB程序的编写。

input函数：用于向计算机输入一个参数。

pause函数：暂停程序的执行。

disp函数：命令窗口输出函数。

实验题目：1.求1～100的和。

2.求n的阶乘。

3.输入20个数，求其中最大数和最小数。

要求用循环结构输入数据，然后调用MA TLAB的max函数、min函数来实现。

(strcat是实现字符串串联的命令)4. Fibonacci数列(1.1.2.3.5.8.13…），就是数列中从第三项开始，任意一个数都是它前两数之和的数列。

要求：编制程序，使得运行程序后，输入大于2的数n就可以输出Fibonacci数列的前n项。

实验三MATLAB的绘图功能实验目的：掌握Matlab的图形处理功能，学会使用二维、三维图形绘制函数。

计算机仿真实验报告《计算机仿真》上机实验报告姓名：学号：专业：班级：实验⼀常微分⽅程的求解及系统数学模型的转换⼀．实验⽬的通过实验熟悉计算机仿真中常⽤到的Matlab指令的使⽤⽅法，掌握常微分⽅程求解指令和模型表⽰及转换指令，为进⼀步从事有关仿真设计和研究⼯作打下基础。

⼆. 实验设备个⼈计算机，Matlab软件。

三. 实验准备预习本实验有关内容（如教材第2、3、5章中的相应指令说明和例题），编写本次仿真练习题的相应程序。

四. 实验内容1. Matlab中常微分⽅程求解指令的使⽤题⽬⼀：请⽤MATLAB的ODE45算法分别求解下列⼆个⽅程。

要求:1.编写出Matlab 仿真程序；2.画出⽅程解的图形并对图形进⾏简要分析；3.分析下列⼆个⽅程的关系。

1．2．1.仿真程序xp1=@(t,x)-x^2;[t,x]=ode45(xp1,[0,20],[1]);plot(t,x);title('xp1')gridxp2=@(t,x)x^2;[t,x]=ode45(xp2,[0,20],[-1]);figure (2);plot(t,x);xlabel('t');ylabel('x')grid2.⽅程解的图形图形进⾏简要分析3.⼆个⽅程的关系题⽬⼆：下⾯⽅程组⽤在⼈⼝动⼒学中，可以表达为单⼀化的捕⾷者-被捕⾷者模式（例如，狐狸和兔⼦）。

其中1x 表⽰被捕⾷者， 2x 表⽰捕⾷者。

如果被捕⾷者有⽆限的⾷物，并且不会出现捕⾷者。

于是有1'1x x ，则这个式⼦是以指数形式增长的。

⼤量的被捕⾷者将会使捕⾷者的数量增长；同样，越来越少的捕⾷者会使被捕⾷者的数量增长。

⽽且，⼈⼝数量也会增长。

请分别调⽤ODE45、ODE23算法求解下⾯⽅程组。

要求编写出Matlab 仿真程序、画出⽅程组解的图形并对图形进⾏分析和⽐较。

function xp3=xp3(t,x)xp3=[x(1)-0.1*x(1)*x(2)+0.01*t ;-x(2)+0.02*x(1)*x(2)+0.04*t] [t,x]=ode45('xp3',[0,20],[30;20]); plot(t,x);grid[t,x]=ode23('xp3',[0,20],[30;20]); plot(t,x);gridODE45ODE232. Matlab 中模型表⽰及模型转换指令的使⽤题⽬三：若给定系统的的传递函数为1132106126)(23423+++++++=s s s s s s s s G 请⽤MATLAB 编程求解其系统的极零点模型。

《计算机仿真技术》实验报告实验一 数字仿真方法验证一、实验目的1．掌握基于数值积分法的系统仿真、了解各仿真参数的影响； 2．掌握基于离散相似法的系统仿真、了解各仿真参数的影响； 3．掌握SIMULINK 动态仿真；4．熟悉MATLAB 语言及应用环境。

二、实验环境网络计算机系统，MATLAB 语言环境三、实验内容、要求（一）试将示例1的问题改为调用ode45函数求解，并比较结果。

示例1：设方程如下，取步长 h =0.1。

上机用如下程序可求出数值解。

调用ode45函数求解： 1）建立一阶微分方程组 du=u-2*t/u2）建立描述微分方程组的函数m 文件 function du=sy11vdp(t,u) du=u-2*t/u3）调用解题器指令ode45求解y[t,u]=ode45('sy11vdp',[0 1],1) plot(t,u,'r-'); xlabel('t'); ylabel('u'); 结果对比：euler 法：t=1,u=1.7848; RK 法：t=1,u=1.7321; ode45求解:t=1,u=1.7321;[]1,01)0(2∈⎪⎩⎪⎨⎧=-=t u u t u dt duode45求解t-u 图：00.10.20.30.40.50.60.70.80.9111.11.21.31.41.51.61.71.8tu（二）试用四阶RK 法编程求解下列微分方程初值问题。

仿真时间2s ，取步长h=0.1。

⎪⎩⎪⎨⎧=-=1)0(2y t y dt dy 四阶RK 法程序：clear t=2; h=0.1; n=t/h; t0=0; y0=1;y(1)=y0; t(1)=t0;for i=0:n-1 k1=y0-t0^2;k2=(y0+h*k1/2)-(t0+h/2)^2; k3=(y0+h*k2/2)-(t0+h/2)^2 k4=(y0+h*k3)-(t0+h)^2;y1=y0+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6; t1=t0+h; y0=y1; t0=t1;y(i+2)=y1; t(i+2)=t1;end y tplot(t,y,'r'); 结果：t=2,y=2.61090.511.522.511.21.41.61.822.22.42.62.83：（三）试求示例3分别在周期为5s 的方波信号和脉冲信号下的响应，仿真时间20s ，采样周期Ts=0.1。

计算机仿真技术实验报告今天我要给大家讲一讲我做的计算机仿真技术实验。

这个实验可有趣啦，就像玩一场超级神奇的游戏。

我做这个实验的目的呢，就是想看看计算机怎么能像变魔术一样模拟出真实的东西。

我用到的工具就是学校电脑室里的电脑，那电脑的屏幕大大的，闪着光，好像在等着我去探索它的秘密。

实验开始的时候，我打开了一个专门做仿真的软件。

这个软件的界面花花绿绿的，有好多小图标。

我点了一个看起来像小房子的图标，屏幕上就出现了一个简单的小房子模型。

这个小房子就像我们用积木搭起来的一样，方方正正的，还有个三角形的屋顶。

我可以用鼠标拖着它转来转去，从各个角度看这个小房子，就像我真的围着小房子在走一样。

然后呢，我想让这个小房子变得更像真的。

我就在软件里找到了一个可以给小房子加颜色的功能。

我给房子的墙涂成了白色，就像我们家的房子一样。

屋顶呢，我涂成了红色，就像圣诞老人的帽子。

这时候的小房子看起来漂亮多了，就像从童话里走出来的一样。

接着，我又想给小房子周围加点东西。

我就在软件里找啊找，发现了可以加树的工具。

我在小房子前面加了几棵大树，那些大树有粗粗的树干和绿绿的树叶。

我还在树下加了一些小花，五颜六色的小花在风中好像还会轻轻晃动呢。

现在小房子看起来就像是住在森林里的小木屋，感觉特别温馨。

在这个实验里，我还发现了一些特别有趣的事情。

比如说，我可以让太阳在小房子的上空移动。

当太阳慢慢升起的时候，阳光洒在小房子和树上，小房子和树的影子就会慢慢变短。

当太阳慢慢落下的时候，影子又会变长。

这就像我们在外面玩的时候，早上和傍晚影子长长的，中午影子短短的一样。

我还能让天空中的云动起来。

我加了一些白白的云，那些云就像棉花糖一样。

我让风一吹，云就慢慢地飘走了，有的云还会变成各种形状，像小兔子，像小绵羊。

这个计算机仿真技术实验真的太好玩了。

它就像一个魔法世界，我可以在这个世界里创造出我想要的东西。

通过这个实验，我也明白了计算机好厉害呀，它能做出这么像真的东西。

计算机仿真与模拟实验计算机仿真与模拟实验是一种通过计算机技术来模拟真实世界中的现象和过程的方法。

它利用计算机软件和硬件资源，通过对现实世界中的数据、模型和算法进行处理，模拟出真实世界中的实验过程，从而达到研究、分析和解决问题的目的。

一、计算机仿真的概念计算机仿真是指利用计算机技术对真实世界中的系统或过程进行模拟和再现的过程。

它通过对系统的行为、性能和特点进行建模和模拟，以预测系统在特定条件下的运行情况，或者验证某种理论的正确性和有效性。

二、计算机模拟实验的特点1.虚拟性：计算机模拟实验是在虚拟环境中进行的，不需要真实的实验设备和资源，可以在计算机上模拟出真实实验的整个过程。

2.可重复性：计算机模拟实验可以重复进行多次，通过多次实验可以得到更加准确和可靠的结果。

3.灵活性：计算机模拟实验可以方便地对实验条件和参数进行调整，可以模拟出不同情况下的实验结果。

4.经济性：计算机模拟实验可以节省实验设备和资源的使用，降低实验成本。

5.安全性：计算机模拟实验可以在安全的虚拟环境中进行，避免了真实实验中可能出现的风险和危险。

三、计算机模拟实验的应用领域1.自然科学：计算机模拟实验在物理学、化学、生物学等领域中有着广泛的应用，可以模拟出自然界中的各种现象和过程。

2.工程技术：计算机模拟实验在机械、电子、建筑、航空航天等领域中有着重要的应用，可以用于产品设计和性能测试。

3.社会科学：计算机模拟实验在经济学、政治学、社会学等领域中也有着广泛的应用，可以模拟出社会系统中的各种现象和过程。

4.医学与生物学：计算机模拟实验可以用于模拟人体生理和病理过程，用于新药研发和疾病治疗研究。

5.环境科学：计算机模拟实验可以用于模拟环境污染和生态系统的变化，用于环境保护和资源管理研究。

四、计算机仿真与模拟实验的方法和技术1.建模方法：计算机仿真与模拟实验首先需要建立数学模型，通过数学语言描述系统的行为和性能。

2.数值计算方法：计算机仿真与模拟实验需要运用数值计算方法对模型进行求解，得到系统的运行结果。

计算机仿真技术实验报告1. 引言计算机仿真技术是一种基于计算机模型的虚拟实验手段，通过对真实系统的建模和仿真运行，可以模拟系统在不同条件下的行为和性能，从而实现系统优化、预测和决策支持等目的。

本实验旨在通过一个简单的例子，介绍计算机仿真技术的基本原理和应用。

2. 实验目的掌握计算机仿真技术的基本原理和方法，通过实际操作了解模型建立、参数设置和结果分析等相关内容。

3. 实验过程3.1 模型建立选择一个适合的仿真软件，如Arena、Simulink等，并根据实际需要，在软件中建立相应的仿真模型。

模型的建立包括确定系统的输入、输出、变量和参数，并定义其关系和约束条件。

3.2 参数设置为了保证仿真结果的准确性和可靠性，需要对模型中的参数进行设置。

根据实际情况，选择合适的参数值，并考虑不同参数对仿真结果的影响。

3.3 仿真运行设置好参数后，可以运行仿真程序，观察系统在不同条件下的运行情况。

可以通过改变输入、输出、变量和参数等相关参数，来模拟不同的系统行为。

3.4 结果分析根据仿真运行的结果，进行相应的数据分析和结果评估。

可以通过绘制柱状图、折线图、散点图等，直观地展示系统的性能和行为。

4. 实验结果与讨论根据实际情况，展示实验的结果，并进行相应的讨论。

可以比较不同参数下的仿真结果，分析其差异和影响因素。

在讨论时，可以考虑系统的稳定性、效率、安全性等方面。

5. 实验结论通过本次实验，我们深入了解了计算机仿真技术的基本原理和方法，并通过实际操作，掌握了模型建立、参数设置和结果分析等相关技能。

计算机仿真技术具有广泛的应用领域，包括交通运输、物流管理、生产调度、风险评估等，可以帮助我们理解和优化现实系统的运行和性能。

6. 参考文献[1] Robert, J. (2007). Simulation Modeling and Analysis. Boston: McGraw-Hill.[2] Banks, J., Carson, J., Nelson, B. L., & Nicol, D. M. (2000). Discrete-Event System Simulation. New Jersey: Prentice Hall.7. 致谢感谢实验指导教师对本次实验的支持和指导，也感谢实验中的所有参与人员的付出和帮助。