大学物理实验教程：模拟法的应用

在科学研究中,当很多课题不能实际地反复实验,或是受实验条件限制,许多物理过程难以真实再现或很不经济时,可以采用模拟法来进行实验。如要设计一项水利工程,不可能对设计的工程进行实地的测试,只能首先模拟。这种以相似理论为基础,不直接研究某物理现象或过程本身,而是用与该现象或过程相似的模型来进行研究的方法,称为模拟法。模拟法是弥补实验室有限条件的方法,可分为物理模拟、数学模拟和计算机模拟。

(1)物理模拟

保持同一物理本质的模拟方法即为物理模拟法。例如,用风洞(高速气流装置)中的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行;又如用水泥造出河流的落差、弯道、河床的形状,一些不同形状的挡水物质,模拟河水流向、泥沙的沉积、水坝对河流运动的影响等都属于物理模拟。

(2)数学模拟(www.xing528.com)

两个不同本质的物理现象和过程,如果具有相同的数学表达式来反映它们的规律,就可以根据数学形式的相似性而进行模拟,这种模拟方法称为数学模拟法。例如,在实验“用模拟法描绘静电场”中,由于反映稳恒电流场性质的场方程与反映静电场性质的场方程相似,所以用稳恒电流场来模拟静电场。

(3)计算机模拟

计算机模拟实验就是通过计算机控制仿真实验画面动作来模拟真实实验的过程。随着计算机多媒体功能的不断提高,计算机模拟实验由单纯的过程模拟发展到具有很强真实感的仿真,因此也称为计算机仿真实验。计算机仿真实验利用计算机丰富了实验教学的思想、方法和手段,改变了传统的实验教学模式。