原子物理實驗的計算機模擬實現

摘要本文簡要敘述了原子物理實驗計算機模擬實現的現狀及必要性。并系統介紹了原子物理實驗計算機模擬實現的途徑，尤其對自設計實驗仿真課件的制作的介紹，以期為原子物理實驗的模擬仿真提供一定參考。

關鍵詞計算機原子物理實驗仿真

中圖分類號:TP399文獻標識碼:A

1 引言

20世紀末人類進入了信息化時代，其重要的標志是計算機技術的使用。為了培養出符合新世紀要求的人才，就必須不斷的使我們的教育現代化。如何將計算機與物理學課程的教學體系、內容和方法有機結合起來，是教學現代化的一項內容。在國外，早在20世紀80年代末就已經使用計算機作為物理學課程的學習工具。而在國內，這方面的進展并不理想。計算機輔助教學以其獨有的優勢在物理實驗教學中發揮著越來越重要的作用。然而，目前各校在這方面的發展很不平衡，應用情況也不盡如人意。

2 原子物理實驗計算機模擬的必要性

原子物理作為普通物理的近代物理部分，反映了20世紀物理學的發展，包括1999年在內，共有96項若貝爾物理學獎，其中有66項是關于原子物理、原子核物理和粒子物理方面。這些著名的物理實驗是人類認識物質世界的重要里程碑，是現代科學技術的基礎。講清楚這些著名的物理實驗，不僅可以激發學生學習物理的濃厚興趣，更重要的是可以使學生理解前輩物理學家是如何創造性的研究這些問題的。然而，由于原子物理研究的是微觀客體，其真實的物理過程無法直接觀察，因而，許多方面更適合用計算機模擬仿真，用圖形和動畫來展示和研究原子內部結構及運動過程的模型，使抽象的問題形象化，便于學生理解和掌握。

3 原子物理計算機模擬實現的途徑

3.1利用現成的實驗仿真軟件

現成的實驗仿真軟件以其實驗體系完整、功能強大而成為實驗仿真的主要途徑之一。目前市場上還沒有專門的原子物理實驗仿真軟件。

3.1.1一般實驗仿真軟件的特點

(1)強調對實驗環境的整體模擬。(2)儀器實現了模塊化。(3)通過解剖實驗教學過程，充分體現教學指導思想，培養學生在理解的基礎上通過思考進行操作。

3.1.2一般實驗仿真軟件在教學中的意義

(1)開設了實驗教學的新模式。(2)實現了理論教學和實踐教學的結合。

3.1.3幾種常見的可實現原子物理實驗的模擬仿真的軟件

(1)《大學物理仿真實驗V2.0》。中國科技大學推出并由高等教育出版社出版，它是國內第一套具有一定規格和水準的實驗教學軟件。該軟件中涉及原子物理部分的實驗有:夫蘭克——赫茲實驗、G-M計數管和核衰變的統計規律、光電效應測普朗克常數、電子自旋共振等6個實驗。

(2)中央電大《大學物理虛擬實驗》軟件簡介。《大學物理虛擬實驗》應用虛擬技術、人工智能技術、控制學原理建造物理實驗和教學模型，總結了中央廣播電視大學和中國科學技術大學多年物理實驗教學經驗基礎上設計完成的。

(3)《原子物理學多媒體計算機輔助教學》(MCAI)簡介。有哈爾濱師范大學自行設計的一套實用性強，可直接用于原子物理學教學的多媒體輔助教學軟件。

3.2原子物理實驗的自設計模擬仿真

目前市場上流行的各種圖像、動畫及課件制作軟件為自設計實驗的計算機模擬仿真提供了充分有利的條件。如三維動畫制作軟件3DMAX，多媒體課件制作軟件Authorware及Powerpoint，專業的動畫制軟件Flash。我們結合原子物理實驗的具體情況，運用這些軟件進行模擬仿真，使一些抽象的微觀過程形象化。

自設計原子物理實驗模擬仿真的特點:(1)靈活性強。現成的仿真軟件其內容固定，在實際教學中由于教學情況的差異比較大，有時難免不能滿足我們的需要，所以我們可以可以根據自身的教學情況，在自設計實驗仿真中，對實驗的相關內容、歷史背景和意義、現代應用等方面可作自行擴展，實現理論教學和實踐教學相結合。

(2)針對性強。原子物理作為普通物理中的近代物理部分，在物理學的相關專業中基本上都開設了這門課。所以在不同的學校，不同的專業中對教材的選取及教學的差異都比較大，而自行設計的實驗仿真就能更好的適應我們的教學。

4 總結

隨著計算機應用的普及和發展，運用計算機實現原子物理實驗的模擬仿真已成為現實。而且，專業的實驗仿真軟件也日益增多，但在教學中，為了提高教學效率，除了有效地利用現有資源外，我們也要發揮主觀能動性，制作也剖針對性的實驗仿真課件，這樣才能真正做到仿真與真實實驗的有機結合。