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题目： 计算机在物理实验中的创新应用
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内容摘要：
现在我们已进入计算机信息时代, 一个一切都离不开计算机的新时代。计算机在实验研究领域的应用，使实验技术产生了巨大的变革。本文介绍一些计算机在物理实验中的创新应用。包括：计算机快速地进行实验数据处理 、计算机实时采集数据及数据的处理 、利用计算机对实验过程进行实时控制、利用计算机模拟物理过程,进行物理仿真实验。
关键词： 计算机 创新 应用 计算
正文：
当今,我们已进入计算机和信息时代,计算机已广泛地深入的各行各业,起着越来越巨大的作用。它运算速度快,体积小,可靠性高,通用性与灵活性强,以及很高的性能价格比等特点,把人们带入了一个一切都离不开计算机的新时代。计算机在实验研究领域的应用,即将传统的实验方法和测试手段与计算机相结合,使实验技术产生了巨大的变革,大大提高了实验的水平,给科学研究带来了新的突破。计算机在研究领域中应用的迅速发展使传统的教学实验与实际科研工作之间的差距日益增大。我们应该将计算机这个现代化的手段运用到教与学中去,逐步改进传统的教学方法,缩小差距,适应现实发展的需要。
计算机辅助物理实验主要包括:
1. 计算机快速地进行实验数据处理
物理实验要测量大量的原始数据,用人工作数据处理是相当烦琐和复杂的,且易于发生错误。发生错误之后,又很难判断是计算中的错误还是测量中的错误。计算机的快速,准确性,可以使人们从繁重的工作中解放出来。还可帮助我们经常保存重要的数据信息,便于随时使用。有时候我们需要将数次实验的结果进行综合分析和比较,计算机可以使这项工作便捷和轻松。用一些尚不完全的数据或模拟的数据对实验的结果进行预测,便于及早发现实验方法和实验设计的问题,避免走弯路。
2. 计算机实时采集数据及数据的处理
利用计算机作终端,通过接口电路传感器和常规仪器共同完成物理量的测量,实时采集数据。克服了人工记录数据的不准确性,提高了测量的精确度,并且可以利用计算机的可绘图性,在处理数据时同步把实验曲线绘制出来。
3. 利用计算机对实验过程进行实时控制
用程序可以安排和控制全部实验过程自动进行,这在现代科学技术中受到普遍重视,同时还可以对实验所需保证的条件进行自动调节,准确控制。
4. 利用计算机模拟物理过程,进行物理仿真实验
在培养学生探索与创新开拓能力方面,实验研究技能的锻炼是课堂理论教学所不可替代的,但实验教学质量的提高长期受各种物质,经济条件的困扰,很多实验由于耗资过大,一些学校无法开设。仿真实验是利用计算机对实验的整个过程进行模拟,包括实验目的,原理,仪器操作,课后的实验报告。具有图文并茂,可操作,设有动态原理图,使实验内容变得生动,易于理解和接受。还可加深人们对物质运动规律的理解,运用计算机形象,生动的演示,使人们破除对一些抽象概念的迷惑。
提高计算机的应用能力,必须在编制程序上下功夫。遇到一些微分,积分的运算,要用数值分析的方法化解成计算机所能接受的形式。应该先作好程序的流程图,在确认流程图比较合理的情况下再进行程序的编写。在计算机的程序设计过程中,人们必须对物理规律作更深层次的理解和掌握,启迪智力,锻炼思维,增进科研能力。
程序要经过计算机运算之后,检验是否存在问题。如果发现问题必须修改。
目前比较流行的编程语言是C语言,VB和VC++。C语言编制的程序在DOS操作系统,Windows操作系统下均可运行。VB和VC++是Windows环境下的编程语言,设计界面与Windows完全一致,能达到可视化的良好效果。因此,学会用这几种语言编程是应当努力的方向。
接下来针对基础物理实验的情况,举几个编程在实验数据处理中的应用。
⑴运用平均绝对误差来表示测量结果
如一个物理量x,测量了n次,表示其测量结果。
⑵运用标准误差来表示测量结果。
如一个物理量x,测量了n次,表示其测量结果。
⑶运用逐差法进行数据处理
对等间距变化的测量数据常采用逐差法进行处理,即将测量数据平均分成两组,而后把每组的对应量相减,最后再求平均值。
如一个物理量x,测量了n次(偶次),则k = n /2,将x 0 ~ x k-1分为一组,x k ~ x n-1分为另一组。
将计算机这个现代化的手段运用到教与学中, 运用到物理实验中，逐步改进传统的教学方法,可以大大提高实验的水平,一定会给科学研究带来了新的突破！
参考文献：
柴欣 刘更谦 Visual Basic 程序设计实验教程（第二版） 北京·中国铁道出版社 2005.9
查志琴 计算机维护与维修教程 电子工业出版社 2005.9
魏怀鹏 计算机物理应用技术 天津大学出版社 2003.7
宁玲 计算机维护与维修教程 电子工业出版社 2003