Компьютерное моделирование в физике элементарных частиц
Описание: Исследование физических явлений с использованием компьютерного моделирования представляет собой важную область современной физики. Этот метод позволяет обучающимся анализировать и предсказывать разнообразные явления, начиная от элементарных частиц и заканчивая галактиками, виртуально воссоздавая их в компьютерной среде. С помощью компьютерных симуляций обучающиеся могут изучать реакции, происходящие в ускорителях частиц, и определять свойства элементарных частиц.
Количество кредитов: 6
Пререквизиты:
- Математика 1
Трудоемкость дисциплины:
| Виды работ | часы |
|---|---|
| Лекции | 30 |
| Практические работы | |
| Лабораторные работы | 30 |
| СРОП | 30 |
| СРО | 90 |
| Форма итогового контроля | экзамен |
| Форма проведения итогового контроля |
Компонент: Компонент по выбору
Цикл: Базовые дисциплины
Цель
- Построение моделей из фундаментальных законов ядерной физики. Математическое моделирования движения и состояние элементарных частиц. Математическое и компьютерное описание квантовой механики.
Задача
- 1. Построение математической модели 2. Выбор метода решения 3. Разработка и применение программного обеспечения 4. Компьютерное исследование или вычислительный эксперимент 5. Обработка и анализ результатов вычислительного эксперимента
Результат обучения: знание и понимание
- - базовые знания в области моделирования; - знания по компьютерному моделированию физических процессов; - основные критерии математического моделирования и создание с их помощью математических моделей объектов естественно-физической природы.
Результат обучения: применение знаний и пониманий
- в области математического моделирования для решения и анализа конкретных задач с использованием математических методов и компьютерных программ.
Результат обучения: формирование суждений
- - формирование представлений об изучаемом процессе или явлении; - формирование современного научного мировоззрения и повышению их профессиональной прикладной подготовки. - развитие у студентов научного мышления.
Результат обучения: коммуникативные способности
- - быть способным работать в команде, корректно отстаивать свою точку зрения, предлагать новые решения; - подготовка к проектной деятельности для анализа и проектирования современных математических и компьютерных моделей для производственных и технологических процессов.
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
- - уметь выбирать критерии математического моделирования научно- технических задач, описывать процессы математическими уравнениями; - иметь навыки грамотного построения математической модели процесса, подбора численных методов, выбора методов ее дискретизации и разработки численного алгоритма расчета с применением ПЭВМ, - создавать компьютерную модель, выполнять анализ результатов численного моделирования; - владеть навыками приобретения новых знаний, необходимых для повседневной профессиональной деятельности и продолжения образования в магистратуре; - стремиться к профессиональному и личностному росту.
Методы преподавания
1. лекции и онлайн-лекции, лабораторные занятия с применением слайдов и других средств мультимедиа.
Оценка знаний обучающегося
Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.
| Период | Вид задания | Итого |
|---|---|---|
| 1 рейтинг | Лабораторная работа 1 | 0-100 |
| Лабораторная работа 2 | ||
| Лабораторная работа 3 | ||
| Лабораторная работа 4 | ||
| Лабораторна5я работа 5 | ||
| Рубежный тест 1 | ||
| 2 рейтинг | Лабораторная работа 6 | 0-100 |
| Лабораторная работа 7 | ||
| Лабораторная работа 8 | ||
| Лабораторная работа 9 | ||
| Лабораторная работа 10 | ||
| Рубежный тест 2 | ||
| Итоговый контроль | экзамен | 0-100 |
Политика оценивания результатов обучения по видам работ
| Вид задания | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
|---|---|---|---|---|
| Отлично | Хорошо | Удовлетворительно | Неудовлетворительно |
Форма оценки
Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:
- 40% результата, полученного на экзамене;
- 60% результатов текущей успеваемости.
Формула подсчета итоговой оценки:
| И= 0,6 | Р1+Р2 | +0,4Э |
| 2 |
где, Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.
Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:
Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:
| Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент | Баллы (%-ное содержание) | Оценка по традиционной системе |
|---|---|---|---|
| A | 4.0 | 95-100 | Отлично |
| A- | 3.67 | 90-94 | |
| B+ | 3.33 | 85-89 | Хорошо |
| B | 3.0 | 80-84 | |
| B- | 2.67 | 75-79 | |
| C+ | 2.33 | 70-74 | |
| C | 2.0 | 65-69 | Удовлетворительно |
| C- | 1.67 | 60-64 | |
| D+ | 1.33 | 55-59 | |
| D | 1.0 | 50-54 | |
| FX | 0.5 | 25-49 | Неудовлетворительно |
| F | 0 | 0-24 |
Темы лекционных занятий
- Понятие о моделях и моделировании
- Компьютерное моделирование задач по молекулярной физике
- Движение заряженных частиц в кулоновском поле
- Движение заряженных частиц в магнитном поле
- Возмущение орбиты электрона в однородном магнитном поле движущимся протоном
- Движение заряженной частицы в скрещенных полях
- Релятивистское движение заряженных частиц в поперечном электрическом поле
- Параметрическое возбуждение (параметрон)
- Спектральный анализ
- Дифракция микрочастиц на отверстии
- Квантово-механическая модель атома
- Явление фотонного и стимулированного светового эха
Основная литература
- Бешенков С.А. , Ракитина Е.А. Моделирование и формализация. Методическое пособие. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2002. – 336с.
- Введение в математическое моделирование: Учебное пособие / Под ред. П.В.Трусова. – Логос, 2004. - 440с.
- Годунов С.К., В.С. Рябенький. Введение в теорию разностных схем. – М.: Физматгиз, 1962. – 340с.
- Гульд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. Ч. I. - М.: Мир, 1990. –350с.
- Маликов Р.Ф. Практикум по компьютерному моделированию физических явлений и объектов. – Уфа: БашГПУ, 2004. – 236 с.
- Сулин, М. Курс физики с примерами решения задач. Часть III. Оптика. Основы атомной физики и квантовой механики. Физика атомного ядра и элементарных частиц: Учебное пособие / М. Сулин. - СПб.: Лань, 2015. - 336 c.
- Проскурякова, Е.А. Физика элементарных частиц: Учебное пособие / Е.А. Проскурякова. - СПб.: Лань, 2016. - 104 c.
Дополнительная литература
- Рау, В.Г. Основы теоретической физики. Физика атомного ядра и элементарных частиц. / В.Г. Рау. - М.: Высшая школа, 2005. - 141 c.
- Сарычева, Л.И. Введение в физику микромира: Физика частиц и ядер / Л.И. Сарычева. - М.: КД Либроком, 2012. - 224 c.
- Кузнецов, С.И. Физика: оптика. элементы атомной и ядерной физики. элементарные частицы.: Учебное пособие для вузов / С.И. Кузнецов. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 301 c.
