计算机模拟技术的应用范文

导语：如何才能写好一篇计算机模拟技术的应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：土木工程；施工结构；计算机技术；模拟仿真；仿真系统；管理应用

1引言

信息化时代下，各种先进前沿的技术不断涌现，并被广泛地应用到各领域中，促进了社会生产模式的转变，显著地改良了工程建设效果。计算机模拟仿真技术具备多种应用优势，受到了相关人员的青睐和认可。将该技术应用到土木工程管理中，能够有效改善管理质量，解决目前土木工程管理体系中的各种问题。我国土木工程数量不断增多，建设规模也日益扩大，作为城市规划建设中的重要内容，土木工程建设效果关乎到多方面的利益。目前土木工程管理体系中还存在一些缺陷，限制了施工的高效开展。而利用计算机仿真模拟技术，则能够有效改善这一局面。笔者将详细介绍计算机仿真模拟技术的应用原理，以及关键事项，希望能为有关人士提供参考。

2计算机模拟仿真技术概述

计算机仿真模拟技术以各种科学知识为原理，并借助计算机中的相关软件，采用虚拟试验的手段，来分析管理过程中的各种问题，并给出切实可行的解决方案。其在土木工程中发挥作用，主要是通过构建工程的仿真模型，以实际施工中的各项数据为依据，来设置相应的参数。在土木工程正式施工前，通过计算机模拟仿真技术，可以提前对施工过程有所了解，根据模型计算结果，能够知道在施工过程中可能会发生的各种意外事故，并且制定科学合理的施工方案。结合模型分析数据，进行不断的优化改进，这些改变也体现到施工方案的完善上来。分析结果具有一定的定量性，有较高的参考价值。在该技术的实施下，施工人员能够更加顺利地进行施工设计，而且制定的施工方案有较高的可信度，能够为施工提供可靠的指导。并且设置意外事故防控机制，即使真的发生了，也不至于手忙脚乱，影响到正常施工进度。计算机数值模拟实验是在计算机中进行的实验，虽然它不能代替真实的物理实验过程，但确实是一种极其重要的实验方法。它是通过大量“个例”来研究特定的物理过程，能够反复进行，而且能方便地控制和调整参数，在理论研究和实验之间搭起了一座“桥梁”。数值模拟可以研究一些非常复杂的过程，而理论研究必须做出许多简化假设才能处理这些过程，简化则意味着可能丢失许多重要的因素，这就使得数值模拟可以更全面地了解一个物理过程，而且还可能发现新的物理现象。另一方面，数值模拟也能够为实现观测方案提供理论的支持，对大型实验装置进行评估，对实验条件或实验参数进行优化选择，以避免造成极大的经济损失和人力浪费。随着计算机性能的高速发展，数值模拟在各门学科的研究中应用将更加广泛，起到越来越重要的作用。在实验过程中，我们会得到大量的数据，引入计算机编程进行实验数据处理，可以提高实验效果，为各类工程的开展提供准确可靠的分析结果，促进工程高效开展。

3计算机仿真技术的实现

一般的计算机仿真技术的实现和目标这两者是密切相连的，而计算机仿真的研究是模型和分析方法的建立与仿真系统的开发。在系统开发过程中，对数学模型的建立和仿真模型的建立再到仿真的实现这些都要考虑到。在实际应用中，如果采用模型行为组合的仿真实现方案的话，就需要一个有各种数学模型的模库，但是仿真系统的实现要先在考虑模型行为组合研究时才可假设的，同时要选取一个最合适的数学模型，这时如果中间需要更换数学模型，那就得做些复杂的技术处理。

4仿真系统的实现

仿真系统的实现有两个途径，一是运用仿真语言进行二次开发，二是直接运用计算机高级语言进行开发。前者运用性比较强，实现仿真比较方便快捷，但是在处理土木工程建设中比较复杂的问题时因为数学模型的复杂而难度很大。我们一般在选择时采用第二种方法。作为典型的仿真软件的功能覆盖和其他的软件不一样。从功能上说，仿真系统有专用和通用之分，专用只需要具备仿真环境就可以，通用得需要具备仿真语言和程序包，才能满足开放性的需要。

5计算机模拟仿真技术在其他工程中的应用

5.1结构工程施工中的应用

将计算机仿真模拟技术应用到结构工程中，能够事先对施工环节进行演练，尤其是一些事故频发的环节。通过分析结果，施工人员能够掌握引发事故的原因、事故发生后可能造成的影响等，从而可以采取有效的规避措施，提高实际施工过程的规范性，降低意外状况发生的概率，减轻其造成的不良影响。并且以实际施工数据为依据，可以进行定量分析，为施工方案的制定提供更加直观的指导，从而提高结构工程施工水平。

5.2岩土工程施工中的应用

采用模拟仿真技术可以找出不同大小泥沙的沉积区域和对应的厚度，达到观察的目的，这种技术在城市港口设计和河道疏通方面都有重要的指导意义。

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关键词：压铸；计算机模拟；软件

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）001-0117-02

0引言

压铸成型过程是在高压下，将熔融态合金以较高的速度充填到模具型腔，并在压力作用下结晶凝固以获得铸件。了解并控制成型过程对获得良好铸件质量至关重要。长期以来对这个复杂过程的认知是建立在大量实验基础上的经验准则。随着计算机及相关科学的发展，计算机模拟技术在压铸生产中的应用越来越受到关注。

压铸理论的研究途径不外乎传统的试错法等试验研究法和计算机模拟仿真法。相比之下，计算机模拟不但可以帮助人们掌握铸造缺陷的形成机理，优化铸造工艺参数，确保铸件的质量，而且能缩短试制周期，降低生产成本。近年来，计算机模拟有了长足发展，其在压铸技术方面的应用越来越受到人们的关注，在模拟软件的开发及其应用方面也有较多的研究。

1模拟软件

铸造模拟软件作为一个系统分析软件，在铸造成型技术方面有广阔的应用前景。开发此类软件的国家主要有美国、德国、法国、日本等工业国家，近10年来，我国在这方面的研究也取得了一定成果。

美国流体科学公司研发的FLOW3D是一款三维流体动力学和传热学分析软件，主要分析充型过程中金属流体的速度场、压力场、温度场、自由表面变化以及铸型的温度场；精确描述凝固过程、计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的适应，给出用宏观变量温度梯度、凝固速度和凝固时间表达的微观缩松准则函数，预测可能发生缩松、缩孔缺陷的主要位置。该软件能分析多种金属的多种铸造过程，已有用于镁合金压铸生产的例子。法国ESI公司开发的ProCAST铸造过程模拟软件，除了能进行流场、温度场的模拟外，还能进行热应力模拟、微观结构模拟，通过设置不同的参数，可以模拟多种铸造工艺，包括砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、低压铸造、压力铸造等。德国MAGMA公司研究开发的MAGMASOFT软件能分析压铸过程的传热和流体的物理行为，凝固过程中的应力及应变，微观组织的形成，可以准确地预测铸件缺陷。该软件可以模拟多种金属的常见铸造工艺过程，并能模拟压铸过程的应力应变。此外还有法国的SIMULOR、芬兰的CASTCAE、西班牙的FORCAST、瑞典NOVACAST、日本的CASTEM和JSCAST、韩国的AnyCAST等软件。从功能上看，这些软件可以对压铸等多种工艺进行温度场、流场、应力场的数值模拟，也可以预测铸件的缩孔、缩松、裂纹等缺陷以及铸件各部位的组织。

在国内，北京中铸创业科技有限公司的HZCAE/InteCAST软件，以充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心，对铸件进行铸造工艺分析，主要分析冷却凝固过程、流动充型过程、充型换热耦合过程；能预测夹渣、卷气、冷隔、浇不足、缩孔、缩松等缺陷。可用来分析铸钢、球铁、灰铁、铸铝、铸铜、铸镁等各种铸造合金的金属型、精铸、低压铸造、压铸等。北京北方恒力科技发展有限公司开发的CASTsoft/CAE软件集三维造型文件接口、有限差分网络自动剖分、铸造过程仿真、铸造缺陷预测、热应力计算、工艺优化及结果显示为一体，对铸件形成过程中的流场、温度场、热应力场进行模拟，预测铸造缺陷。该软件用于铸钢、铸铁和有色金属的差压铸造、低压铸造、金属型铸造和精密铸造等。华中科技大学研究开发的“华铸CAE”铸造工艺分析软件，以铸件充型、凝固过程数值模拟技术为核心，对铸件的成型过程进行工艺分析和质量预测，适用多种铸造合金和铸造方法。国内软件在镁合金压力铸造方面应用较少，这与国内镁合金及镁合金压铸技术起步晚有一定关系。

2模拟数学物理模型

常用的数值模拟算法有有限差分法（FDM）、直接差分法（DFDM）、控制体积法（VEM）、有限元法（FEM）和边界元法（BEM）等，目前涌现出了无单元法（EFM）、并行计算技术等。这些算法中，以有限差分法和有限元法应用较多。

铸造充型模拟过程中，将金属液看作不可压缩的流体，其流动服从质量和动量守恒，其数学形式是连续性方程和Navierstocks方程，压铸件充型过程中金属液的流动通常是紊流流动，常用涡粘性模式中的kε双方程模型来描述充型过程的紊流现象。凝固过程包括热量传递、动量传输、质量传输和相变等一系列过程的耦合，由于压铸生产的时间短，一般只计算温度场。在温度场计算中对结晶潜热有不同的处理方法，常用的有温度回升法、等效比热和热焓法，Procast软件采用的是热焓法。

3数值模拟研究方向

目前，对压铸过程的数值模拟研究主要有：模具与压铸件的温度场、型腔充型过程的流场、模具与压铸件应力场，凝固过程微观组织等，这些模拟对优化工艺参数，合理设计浇注和排溢系统，预测铸件缺陷，提高压铸件力学性能有一定的指导意义。但未形成有普遍指导意义的规律或准则；另外，针对特种合金的新压铸技术模拟研究的报告较少，可以开展这方面的工作以促进镁合金新压铸技术的发展。

4结语

计算机模拟为直观了解压铸过程的规律和理论提供了便利，随着计算机和信息技术的发展，产品设计、性能分析、制造和生产管理等的关系越来越密切，这对软件的集成化要求越发显得重要。因此，软件开发既可以走大集成化的路子，也可以走小集成化多接口的路子；模拟镁合金压铸成型并得到有普遍意义的结论对镁合金压铸成型的研究有重要价值。

参考文献：

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[6]FJBRADLEY.Astereologicalformulationforthesourceterminmicromodelsofequiaxedeutecticsolidification.

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[10]李朝霞，刘文辉，熊守美.镁合金压铸用模具温度场分布的研究[J].铸造，2003（6）.

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[12]王武，袁森，熊爱华.镁合金半固态成形技术的研究现状及发展[J].铸造技术，2004（6）.

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[16]常青梅，龙思远，曹韩学.压铸镁合金轮状产品的结构优化设计[J].特种铸造及有色合金，2010（3）.

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[19]黄昕，闫洪.镁基复合材料流变压铸数值模拟[J].铸造，2010（10）.

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关键词：粘土膨胀 颗粒堵塞 土酸酸化

滨644区块为一西高东低的单斜构造，含油面积1.5km2，地质储量168万吨，平均渗透率为24×10-3um2。该区块共有水井6口，欠注井4口，4口水井日配注水量为120m3/d，实际日注水量为12m3/d，日欠注108m3/d，欠注形式极为严峻，急需寻找欠注原因，并制定相应的攻欠增注措施。

一、欠注原因分析

1.敏感性分析

对区块的敏感性分析结果表明，酸敏为无盐酸敏、弱土酸敏，碱敏为弱碱敏，盐敏临界矿化度为≤5000mg/l，无速敏，水敏为中等偏弱，水敏影响较为严重。

2.注水水质适应性分析

对该区块的注入水水质进行了调查，发现注入水中悬浮物含量，含油量严重超标，不满足注入水水质要求。对水中的悬浮物组成进行了分析，结果表明无机物含量最高，高达68.5%，其次是有机物，含量为22.8%，另外还含有8.7%的石英砂。

综上所述，引起滨644块欠注的主要原因有两个：一是注入水中的悬浮颗粒堵塞；二是储层敏感引起的粘土膨胀。针对这两种伤害类型，筛选不同的体系进行解堵，其中悬浮物颗粒堵塞可通过酸化进行解堵，粘土膨胀造成的堵塞可通过防膨剂进行解堵。[1-4]

二、解堵剂优选

1.酸化体系的筛选

通过岩心溶蚀率实验，筛选合理的酸液配方。取滨644井岩心，分别与不同浓度的酸在60℃温度下反应2小时，计算溶蚀率。

1.1盐酸溶蚀率实验

由图看出：盐酸浓度在10%-15%之间时溶蚀率变化最为明显，建议选择盐酸浓度在12%左右。

1.2 氢氟酸溶蚀率试验

1.3 土酸溶蚀率试验

2.2 防膨剂的筛选

室内测定了6种目前常用的防膨剂，并运用模拟技术对防膨剂体系的防膨效果进行了岩心流动试验，最终筛选出一种适合该区块的小阳离子防膨剂，浓度为2%时，防膨率可达81.4%，其作用效果如下图6。

三、现场试验

针对该区块注水井状况及地质分析，为达到有效酸化增注的目的，按优化设计原则，对酸液用量、施工压力、泵液程序及酸化管柱组合等进行了优化设计，其中用酸强度为1.76 m3/m，酸用量为70m3。酸化施工程序为试压后正替解堵液-挤前置酸-挤主体酸-挤缓速酸-挤后置液-挤顶替液-关井-正常注水。

在滨644井进行了酸化施工，措施后效果较好，注入压力由22mPa下降到20mPa，表皮系数从10.24下降到-1.87，吸水指数从0.0118上升到0.0511m3/min.mPa，说明该井堵塞得到有效解除。

四、结论

1.通过溶蚀率及流动试验筛选出12%HCl+1%HF的土酸酸液体系效果最好；小阳离子缩膨剂体系作用后渗透率恢复到初始水平。

2.现场酸化施工效果较好，注入压力由22mPa下降到20mPa，表皮系数从10.24下降到-1.87，吸水指数从0.0118上升到0.0511m3/min.mPa。

参考文献

[1] 杨永华等. 砂岩酸化非常规土酸酸液综述[J].海洋石油，2006，26（3）：61-65.

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1高中物理学习中计算机模拟课件使用存在的问题

在高中物理学习过程中，教师为了能够尽快帮助学生解决物理学习中存在的问题，使学生更好地理解复杂的物理过程、物理概念，通常会借助一些计算机模拟课件。这些课件的展示与运用将物理学习中难懂之处形象地展现在学习者面前。随着计算机技术的飞速发展和网络技术的迅速普及，在多媒体技术的支撑下，计算机课件辅助物理学习的范围逐渐扩大并普及。但在这样的大环境下，仍有很多教师、学生及其他学习者对物理学习中充分应用计算机模拟课件存在一定的误区。

1.1认识上的误区

计算机辅助物理学习是一种新生事物，曾遭到社会、物理理论界等人士的排斥。这主要是由于两方面。一方面，很多教师并不愿意放弃原来的传统教学媒体，学生迫于学习的压力每天忙于做各种练习题应付高考；另一方面，由于最初时计算机技术还十分有限，各种课件制造完成后，效果往往不能满足学生学习的需要。然而，随着计算机技术的迅速发展和网络技术的迅速普及，大部分物理演示和现象都能够通过计算机模拟形式实现。这一巨大转变使得一大部分人认为计算机模拟课件的使用可以完全取代现实的物理演示实验，忽视了传统的媒体方式在学习、教学中的重要作用。例如，投影、幻灯片、电视、录像、录音机等学习的方式。随着我国新课改的进一步推行，大部分改革者、教师都认为，既然国家在推行教育改革的现代化发展，促进教学模式的改革，那么就必须将计算机课件使用到高中物理的教学和学生的学习中，并将这种先进的技术手段看做是一种高质量的教育。有的甚至将不使用计算机的学习看作是不能与时俱进、跟不上时展的潮流。例如：在“欧姆定律”实验中，用计算机在屏幕上投出实物图，通过移动滑动变阻器的滑动头得到相应的阻值，从而计算相应的电压、电流值，并在图中的电压表和电流表中显示。这种课件带给学生的是一种游戏式的、魔术式的感觉。但是，如果通过实物演示，实验也并不难完成。如果在学习中使用这一课件，学习效率并不高。因此，在学习过程中应该根据学习内容选择恰当的计算机模拟课件。计算机模拟课件作为一种新颖的、功能强大的辅学习手段，与其他教育媒体地位平等。

1.2设计上的误区

由于对计算模拟课件的认识上存在一定的误区，对高中物理教材中的一些重难点内容、枯涩抽象的知识内容可以通过计算机模拟课件的使用，使其更具趣味性、直观性、形象性地展现。但应该注意不能仅仅为了追求教育的现代化手段，不能为了模拟而模拟。例如，在一个表现“光的直线传播”的课件中，利用计算机演示电影放映机射向银幕的一束光是直线的。放映机本身是一个很常规的教学媒体，且所表现的现象平时稍微留意的学生都清楚，根本无须再将其用计算机屏幕化。后面部分为了说明光的传播速度比声音大，只须列举现实中“先看到闪电后听到打雷”的现象就可说明问题。然而，课件中则播放了一段用3DSMAX生成的闪电雷鸣的“影片”，为模拟而模拟，效果适得其反。

1.3使用上的误区

高中物理学习中，计算机模拟课件的使用存在误区。这主要是由于在利用高水平的计算机技术真实展现物理现象和物理学习的过程中，经常出现过分强调物理现象与物理过程的真实感的问题。有的是计算机模拟课件严重违反物理学科的科学性，忽视了物理知识本身的严谨性。例如：光学中的“色散”现象。自然光通过棱镜、光栅等光学器件，不同波长的光会发生不同程度的偏移，从而在光屏上产生一个连续的可见光谱。但是，由于计算机色彩显示能力有限，难于实现这种连续变化，有些课件制作时粗糙地简单用几个色块来显示，易产生科学性错误。

2计算机模拟课件在高中物理学习中的作用优势

高中物理教学中，利用计算机模拟课件不是简单地一种动态化模仿，而是将物理过程、物理的律等通过可视化的手段实现动态化展示，是一种十分写意的过程，补充并完善了物理学习中实验终不能展现、不能表达的物理知识和内容。例如，计算机模拟课件实现了仪器内部结构的开放化、将抽象化的知识变得具体化、将复杂化的内容变得简单化、将静态图变得动态化等，具有较强的再观性。

3结语

在高中物理学习中，计算机模拟课件已经成为目前在高中物理学习中最常用的现代化学习手段。随着信息技术的不断发展，信息化技术将在不断深化和提高中得到广泛应用。因此，在学习中充分利用计算机模拟课件将大大提高学习效率。

作者:杜烁 单位:辽宁省开源市高级中学三年六班

参考文献

[1]胡丽娜.浅谈高中物理教学中多媒体技术的运用[J].新课程研究，2010，（3）.

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【关键词】计算机；模拟分析；绿色建筑设计

21世纪，计算机模拟分析在建筑设计中的应用愈来愈频繁，尤其在绿色建筑设计领域，其数据化的效果分析、环境预判给绿色、节能的最终目的提供了一定的衡量参考，成为各国都大为青睐的技术手段。按照目前的研究成果来看，国外尤其欧美国家在绿色建筑设计中对这一技术使用更为频繁也更为纯熟，技术水平也较高。我国则处在一个积极探索，研究应用的过程，发展势头日盛，技术的使用也愈加频繁。为响应国家号召，提高专业素养，作为设计院的一名建筑学工程师，笔者现对计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用这一课题进行探究。

1.绿色建筑设计的概念和内容

绿色建筑设计是与以往的建筑设计相比较而提出的，与以往的建筑设计相比绿色建筑设计更注重设计环节与建筑本身周边环境及各种因素的有机结合，这种有机结合设计理念要求建筑师在前期的设计工作中更加注重对建筑建设地区环境数据的分析和各项量化总结后的效果预判模拟，包括风环境、光环境等等。这种数据化的分析模式不是设计人员仅仅靠脑力计算就可以准确得出的，这时候引入计算机模拟分析这一技术救星成为一种必然性的选择。

2.计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用举例

2.1朝向优化

绿色建筑的朝向需要充分结合当地主导风向和周围道路等因素来进行，还需要依据房间内部的使用要求，同时将太阳日照和辐射充分纳入考虑范围。利用计算机模拟分析系统，设计人员可以将建筑周边环境需要考虑的因素输入其中，比如风环境、水环境、经纬度等等，而后计算机模拟分析系统可以根据自身数据库系统进行数据分析，设计方案优化，最终给出基于数据分析效果的设计方案以供设计人员参考。在建筑物朝向选择上，计算机模拟分析的作用尤为显著，它甚至可以凭借自身强大的数据库系统将若干年份的风环境、水环境进行比对分析，而且效率奇高，最终给出若干最佳的朝向供设计人员最终处理敲定。

2.2立面设计

建筑模拟能够计算出建筑护栏结构的热传递，并能预测出任何选定元素的内表面温度。以建筑物的内表面温度参数为考量，例如玻璃，包括导热性、其辐射吸收量、反射量、和透射量。排比出室内温度和能耗的模拟结果，能直接将性能表现最优的选择知会给设计者。设计者根据计算机模拟系统给出的设计预案选择出一个能合理利用自然资源的结果不是恰恰体现了绿色节能的设计理念么?对太阳能利用与规避都能实现绿色节能的神奇效果。在利用方面，选择合适的角度安装太阳能灯具等等，可以集中利用太阳能，节约电能。而根据计算机分析的数据选择恰到好处的遮阳板位置，又能在炎炎夏日规避太阳热浪，减少空调等电器的使用。这两种手段都很好地体现了设计环节与周边环境的有机统一，这很大程度上赖于计算机模拟分析系统的助力。

2.3力学模拟

选择何种材料才能满足建筑使用的衡要籍要知道此材料是否能承担各种可能的应力。以及材料在此应力下的变形是否在使用者心理的可承受范围之内。一级注册建筑师结构课考试大纲要求建筑师掌握用解析法分析建筑受力情况。这种方法比较适于分析梁柱层次清晰的正交体系。而对于复杂几何形建筑的设计。目前常采用FEA（有限元分析.FiniteElementAnalysist）方法[3]。在该算法的使用中，建筑设计人员可以将材料、荷载、形状等元素输入家算计模拟分析软件中，计算机模拟分析系统能够采用混合遗传算法、模拟退火算法混合遗传算法等模糊数学方法求解。求出的解也就成为了建筑师进行绿色建筑设计实践的原始参数。

3.国内外相关探索成果

目前，国外的计算机模拟分析系统在建筑绿色节能设计中的应用已经很成熟，各实力高等院校的建筑学院也将计算机模拟分析教学列为建筑师必须掌握的技术手段之一。凭借其强大的科技水平及多年应用经验，欧美国家还对计算机模拟分析系统进行细分，跟据不同的设计需要，设计师可以选择钟意的算法类型的计算机模拟分析软件进行分析。由于目前西方较我国节能低碳的设计理念践行的更好一些，计算机模拟分析系统在社会建筑领域发挥的的作用十分突出。我国由于尚且处在发展中国家阶段，技术水平较落后与西方，绿色设计理念方兴未艾但势头强盛，不少建筑学大师已经颇具前卫设计理念，充分利用计算机模拟分析手段认真践行着绿色设计宗旨。

4.本人在这方面的实践

我在建筑设计中一直紧跟时代风向，密切关注国际绿色建筑设计潮流，在建筑设计中，将计算机模拟分析手段引入到实践当中，把建筑学的设计理念得以扩展，并且，我在这一领域的探索研究之路从未停歇，不断从学术和实践方面强化计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用等相关知识。

5.结语

随着“绿色建筑”理念的普及，能源和环境越来越成为建筑设计考虑的重要因素。将环境、能源因素可视化，通过分析计算精确化设计建筑物理环境，使绿色建筑理念得以贯彻，达到节约能源的目的，是建筑设计者的一个重要研究课题。笔者在工作中研究这一课题，就计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用阐述自家之言，实践之路依然漫长，希望在不断的实践中积累经验和理论，为国家在这一领域的探索贡献绵薄力量。

参考文献

[1]刘百韬.计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用[J].规划与设计，2015，11：66

[2]菲儿.琼斯，丹尼斯.考皮特西斯，侯珊珊.计算机模拟分析在低碳建筑设计中的应用[J].城市.环境.设计，2012，12：223

[3]曾坚，苏毅.建筑材料的计算机模拟及其对当代设计美学的影响[J]

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模拟器作为研究计算机体系结构软件模拟技术的主要研究工具,也是新时代下预测计算机发展方向的排头兵和了望塔。不论是计算机的数据处理,还是计算机的内部系统设计。首先进行计算机模拟试验已经显得必不可少。第一,模拟技术试验可以检测实用技术投入生产前的可靠性和开发性,从根本上避免计算机模拟技开发的盲目性;第二,模拟技术试验同实用生产技术比起来,可以节约经济成本,减少不必要的浪费。第三,因为计算机的更新性能很快,所以,对于开发计算机软件来说,时间就显得弥足珍贵。前期的模拟技术可以缩短软件的设计时间,而且前期模拟软件的精度也可以为后期的实际开发提供参考依据。

计算机研究领域内已经有愈来愈多的人提出了自己关于解决计算机模拟软件技术的观点和看法。

一、计算机软件的发展现状

计算机体系结构模拟技术软件诞生于20世纪80年代。而且,早期的计算机处理设计结构当中主要采用的是数据驱动,就是对计算机的性能进行整体的分析。主要步骤:1.收集数据、2.执行指令、3.分析性能和计算机结构特征、4.统计数据、5.解释程序。需要说明的是,数据驱动是一种软件开发之后的数据分析,对计算机体系结构软件的开发能够提供的帮助很少,这也是为什么数据驱动逐渐被社会淘汰的缘故。

本着提高计算机体系结构的目的,相关研究人员在数据驱动的基础上又提出了性能分析这一概念。性能分析关键是建立数据之间的资源模型。因为模型的直观性能,研究人员可以更好的检测计算机的资源开发与利用情况。减少研究的时间和经费使用。宏观的来讲,计算机体系结构主要包含硬件与软件两部分。微观的来讲,计算机体系结构是指将一系列系统元素恰当地组织在一起,系统元素之间互相配合、协作,通过对信息进行及时的处理而完成设定的目标。这些系统元素有:计算机体系硬件、人员配备、程序。其中,程序和相关数据的整合,用于实现所需要的逻辑方法和控制过程。具有计算能力的电子设施和提供外部功能的电子设施是软件运行的必要装置;人员是硬件和软件的实际操作者,可以实现对软件的访问,而且具有规模性和组织性两大特征;文档是详细阐述系统使用方法的手册。而计算机体系结构模拟软件主要包含数据、模型、指令、程序等一些子概念。数学建模工具包括:计算机系统统计法、马尔可夫建模等等。数学建模对研究人员的数学理解能力提出了很高的要求。但不能否定的是,这种方法确实能起到很大的作用。研究人员对模型进行了简化处理,极大的方便了计算机体系结构软件的开发。

二、计算机体系结构软件模拟技术的定义

计算机体系结构定义众多。有人称之为模拟技术,也有人称之为仿真技术。计算机体系结构模拟,即用软件来模仿计算机的处理过程。同时,要求两者之间>:请记住我站域名/

计算机体系结构包括部分计算机结构和全部计算机结构两部分。它的步骤是:数据结果、指令接收、模拟运算、翻译指令等等。计算机的缓存命中率、访问的存储等都是计算机体系结构需要注意的指标。

三、 计算机体系结构分类

计算机体系因为结构复杂,所以不可能只有一种。从数量方面可以分为单核处理器模拟和多核处理器模拟;从指令方面可以分为单指令模拟结构和多指令模拟结构;从损耗角度分为性能模拟结构和能耗模拟结构;从模拟器的角度可以分为执行模拟结构和开发模拟结构;根据以上分类我们不难发现,计算机体系结构种类繁多。一方面,它为我们研究计算机体系结构模拟提供了许多参考价值;另一方面,它又为研究计算机体系结构增加了许多困难。

四、计算机体系结构的存在问题与缺陷

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项目：本文是江西现代职业技术学院院级课题“我院计算机专业以动画展现操作过程的《计算机组装与维护》”课件开发的研究成果。

摘要：在高等职业教育中，仿真软件在提高学生专业技术应用能力方面发挥着越来越明显的优势，而以动画展现操作过程的《计算机组装与维护》课件教学是实施仿真重要手段。

关键词：模型；仿真；虚拟

一、引言目前，我校的计算机网络技术、多媒体技术等专业都把《计算机组装及维护》课程作为一门重要的职业技术课。但长期以来，原有《计算机组装及维护》课程的教学模式和方法已不适应新形式下职业教育突出技能、培养学生的职业核心能力的要求。为此我们积极探讨与实践，一步步探索到工作过程法在《计算机组装及维护》课程教学中是确实可行、效果明显的。应当积极探索、进一步提高《计算机组装及维护》课程的教学效果。将研究性学习与社会实践相结合，要求学生走向社会把所学知识和实践相结合；去关心社会发展，关注社会问题，去尝试解决自己研究的社会问题。二、目的及意义（一）目的以动画展现操作过程通过专用软件，整合图像、声音、动画等，将三维的现实环境、物体模拟成多维表现形式的以动画展现操作过程，再由数字媒介作为载体传播。当人们通过该媒体浏览观赏时就如身临其境一般。并且可以选择任意角度，观看任意范围内的场景或选择观看物体的任意角度。正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性，以及建立个人能够沉浸其中、超越其上、进出自如、具有交互作用的多维信息系统的追求，推动了以动画展现操作过程技术在安全领域中的应用与发展。（二）意义进一步优化课程目标，完善课程体系结构，使课程形成特色鲜明，层次科学合理，内容完善具体，教学方法科学，教学手段先进的课程体系。强化学生动手能力、注重综合素质培养，推广应用性技术服务，补充和优化立体化教学资源库。三、现代仿真技术现代仿真技术的重要进展主要体现在：（一）系统建模方面： 传统上，多通过实验辩识来建立系统模型。近十几年来， 系统辩识技术得到飞速发展。在辩识方法上有时域法、频域法、相关分析法、最小二乘法等； 在技术手段上有系统辩识设计、系统模型结构辩识、系统模型参数辩识、系统模型检验等。除此之外，近年来还提出了用仿真方法确定实际系统模型的方法；基于模型库的结构化建模方法： 面向对象建模方法等。特别是对象建模，可在类库基础上实现模型的拼合与重用。（二）仿真建模方面：除了适应计算机软、硬件环境的发展而不断研究新算法和开发新软件外， 现代仿真技术采用模型与实验分离技术，即模型数据驱动。将模型分为参数模型和参数值，以便提高仿真的灵活性和运行效率。（三）仿真实验方面： 现代仿真技术将实验框架与仿真运行控制区分开。其中， 实验架用来定义条件， 包括模型参数、输入变量、观测变量、初始条件、输出说明。这样， 当需要不同形式的输出时， 不必重新修改仿真模型， 甚至不必重新仿真运行。正是由于现代仿真方法学的建立， 特别是模拟可重用性、面向对象方法和应用集成等新技术的应用， 使得仿真、建模与实验统一到一个集成环境这中， 构成一个和谐的人机交互界面。四、仿真软件在教育方面的应用及作用计算机模拟实验又称以动画展现操作过程实验或计算机虚拟实验，是近几年在计算机多媒体教学中开辟的新领域。它通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，形成了一部活的、可操作的物理实验教科书和根据需要在瞬间建立的模拟实验室。计算机模拟物理实验的出现打破了教与学、理论与实验、课内与课外的界限，它更加强调实验的设计思想和实验方法，更强调实验者的主动学习；通过计算机模拟实验，学生对物理思想、方法、仪器的结构和设计原理的理解，都可以达到训练实验技能、学习物理知识的目的，增强了学生对物理实验的兴趣，提高了物理实验的水平。目前，模拟实验已成为现代化物理实验的重要手段。计算机模拟实验系统运用了人工智能、控制理论和教师专家系统对物理实验和物理仪器建立其内在模型，用计算机可操作的仿真方式，实现了物理实验教学的各个环节。依据课程性质、特点和需要，在改革教学内容的基础上，有针对性进行教学方法和教学手段的改革，增强教学效果，开展因材施教，有效提高教学效率和教学质量。1、采用操作示范。过去因没有操作示范而抽象难学的内容变得具体、形象。2、为营造教学与生产“零距离”的氛围和环境，该网站充分发挥了虚拟实验的特点。从教师 的演示到学生的操作到均按照实际要求执行，有效提高了学生的动手能力和学习兴趣。3、创新教师教教学模式。通过科学的研究与创新，努力构建一套完整的适合高职教育的实际和教育发展的教师专业化发展理论与模式，建立和完善促进教师专业发展的长效机制，以引导推进高职院校的教育发展和新课程改革。经过几年来在《计算机组装及维护》课程的教学中的探讨与实践，已经取得了明显的效果，在职业学校、职业教育中，在线学习法有其独特的优势，应更进一步总结提高，大力试用推广。课题研究的成果可以在其他高职院校中推广，能充分发挥我院国家示范建设项目的辐射、带动及引领作用。五、结语 以动画展现操作过程发展与应用的历程， 就是在实际应用需求的牵引下，在不断涌现出与发展的相关新技术的推动下，融合新的建模与仿真方法学而不断发展起来的。目前，无论在科学研究还是技术开发抑或工业设计中，以动画展现操作过程方法都显示出强大威力。随着计算机技术的飞速发展， 多媒体技术、虚拟现实、人工智能、面向对象方法、可视化与图形界面等方面皆取得了巨大进展，对系统建模与仿真技术的发展亦相应地产生了广泛与深刻的影响。我们完全有理由相信，以动画展现操作过程技术在国防建设和国民经济建设中将发挥越来越重要的作用！【参考文献】[1]蔡泽光.计算机组装与维护第二版[M].清华大学出版社，2007[2]张骏.基于虚拟现实技术的交通安全仿真研究[J].交通运输工程与信息学报，2005（01）：45―50[3]李春华.虚拟仿真技术与建筑施工安全工程[J].施工管理，2006（06）：256―258作者简介：帅志军（1977-），男，江西南昌人，讲师，江西现代职业技术学院教师，主要研究方向：计算机网络、硬件和软件。王平华（1979-），男，江西鄱阳，讲师，江西现代职业技术学院教师，主要研究方向：计算机软件、硬件和网络。

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关键词：计算机；高中化学；应用

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）02-0094

随着现代教育技术的发展、学校办学条件的不断改善，计算机已步入高中课堂。如何在高中化学课上运用计算机提高教学效益已成为一个新鲜的课题。在教学实践中，高中化学课中许多难以操作或有毒的实验和一些较繁杂的化学式、结构式以及一些抽象的概念和理论，用传统的教学方法和手段常常难以突破，易使学生感到枯燥乏味，影响教学效果，如果能恰当地利用计算机的作图模拟功能和速度快、容量大的特点，就能够很好地化解这些难点，大幅度提高教学效率。

一、利用计算机的作图功能可以模拟微观世界

在教学中，我们可以利用计算机模拟把静态图示转变为动态图示，把微观问题宏观化，把抽象问题形象化，有利于帮助学生理解概念、掌握理论，其效果是利用图片或其他传统手段所不及的。例如，在高一“原子核外电子运动的特征”部分，内容抽象，教材中仅提供了氢原子电子云示意图，其他内容要靠教师讲述，教师不易教，学生难理解。若利用计算机把这节课的内容制作成课件，在原子核外电子运动特征中设这样两个小标题：“原子核外电子的运动特点”和“电子云”。然后，先指出原子核外电子的质量小、运动速度很快、运动范围小。人类是无法观察也不可能观察的，之后借助计算机模拟在显示屏左边画出一个氢原子核，核外一个电子，由于电子运动速度很快，我们看到的是一个亮环在原子核外空间“无规律”出现，并将左框运动情况在右框中累积，从而引导学生分析并找出核外电子的运动规律。再借助计算机模拟，给氢原子拍照，在显示屏左边显示出氢原子某瞬时的照片，右边显示出瞬时照片的叠印，当其照片叠印到一定数量时，就能清晰地看到核外电子在氢原子核外空间出现机会的统计结果的形象表现――电子云的图形，从而使只能通过口头语言描述的抽象概念变成了动态的直观图示，能有效的加深学生的理解和记忆。

又如铜锌原电池原理，它既是教学中的重点又是难点，在教材中仅设一个演示实验，演示时只能观察到宏观结果，不能观察到微观过程。如果利用计算机动画模拟，把铜片和锌片浸入稀硫酸中，先是锌片上有气泡，再用连有电流计的导线把锌片和铜片连接起来，气泡改在铜片上放出，电流计指针有偏转，并观察到电子移动的路径，这样，就可以启发学生思考电流的方向、构成原电池的条件、原电池的正负极的确定等问题，整个过程清楚、直观，学生很容易接受。

二、利用计算机的作图功能可以模拟化学实验

许多化学实验有毒，具有一定的危险性，如果操作不当，就有可能发生意外事故。化学实验中的一些错误操作，过去只能靠教师讲其错误的原因以及错误操作可能带来的危害，不能为了加深学生印象而用实验证明，否则会造成危险。如果用计算机动画模拟这些错误操作，则可将步骤分解，放慢动作，不仅把错误的原因演示清楚，而且可以渲染气氛，学生看后印象深刻。这种做法特别适合于易燃、易爆、产物是有毒气体以及使用强酸、强碱、剧毒药品等实验的模拟。例如，稀释浓硫酸时将水加入浓硫酸中，液体就会沸腾并飞溅出来；点燃未经验纯的氢气，导致整个装置的爆炸；用排水法收集氧气时，先停止加热，后将导气管撤出水面，水倒吸使试管炸裂。对这些错误操作、危险操作的模拟，既能加深学生的印象，又能使学生准确地掌握知识、加深对错误操作原因的理解，还能在以后的实际操作中避免意外事故的发生。

三、利用计算机的作图功能可以模拟化学反应历程

化学实验本身往往是宏观的，而反应原理则往往是微观的，教师在讲解时描述起来比较困难，需要学生具有较强的空间想象能力和抽象思维能力。大多数学生理解起来感到吃力，这也许就是某些学生学习化学的难点。但是如果能在讲解实验原理时，用计算机模拟反应原理，就可以起到事半功倍的效果。例如，在有机化学中羧酸和醇的反应中，羧酸是提供氢还是羟基？学生根据已有的经验，很容易把中和反应跟酯化反应类比，错误地认为在酯化反应中，羧酸提供氢而醇提供羟基。要突破这一教学难点，可利用计算机模拟含有带标记的氧原子的醇跟羧酸起酯化反应，形成含有带标记的氧原子的酯这一反应历程，从而证明羧酸提供羟基而醇提供的是氢。再如，高三的“电解质溶液”一章，是高中阶段的重点和难点，有的教师采用的是以大量习题和小测试强化学生记忆的方法，这样不仅容易加重学生的负担，而且也不一定能达到教学目的。我们在讲述这一章的第四节“盐类的水解”时，为了让学生深入理解盐类水解的实质，可借助计算机，利用3Dmax软件制作水的电离、醋酸钠、氯化铵及氯化钠溶于水后电离成离子，醋酸根离子和铵根离子水解的情况来增强直观性，使学生们仿佛身临其境，自然归纳出盐类水解的实质，取得良好效果。

四、利用计算机可以模拟化工生产过程

在高中化学教材中有关于化工生产的内容，如接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸等，学生大多数未见过，缺乏感性认识。在传统的教学中，教师大都是通过挂图或模拟教学，直观性差。利用计算机的模拟功能，可以绘制化工生产的流程图，模拟化工生产的全过程。若再利用三位动态图形“真实”展示沸腾炉、氨合成塔、氧化炉和吸收塔及其内部反应发生的过程，对各个环节进行反复演示或局部放大，则更能有助于加深学生对知识的理解。

我们还可以利用计算机速度快、容量大的特点，结合教材具体内容，将课堂教学中的部分板书、挂图、例题、练习题等教学内容进行恰当地包装组合，设计制作成课件，在教学中应用，就能增大课堂教学容量，激发学生学习兴趣，有效提高教学效率。

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在高中教育中运用信息技术，对教师而言，能够利用多种手段因势利导，调动学生的学习兴趣；对学生而言，有利于形成主动学习、自主探索的学习习惯，能够发挥个性，挖掘潜力，提高个人素质。信息技术带来了新的教学理念和教学模式，充分利用信息技术，会在高中教育中发挥巨大的作用，进而提高教学效率，改善教学效果。

1 信息技术在高中教学中的应用

随着信息技术的发展与革新，高中教育的教学中加入了多媒体技术、虚拟现实技术、网络通讯技术。这些技术的应用和传统的教学相比具有很大的优势，能够培养学生的创新能力，激发学生的创新思维。所以，合理应用信息技术，能够提高高中教育的教学质量和效率。

1.1 多媒体的应用，可提高课堂教学效率

在教学过程中，以教学目标和教学对象的特点为依据进行教学设计。一般的教学设计要求是，选择一种合理的教学多媒体，然后与传统的教学方法相结合，从而共同参与到教学过程中去。使学生在多媒体信息的引导下学习，形成科学的教学结构，以实现教学目标，达到最佳的教学效果。

1.2 计算机模拟教学的应用，使教学目标更容易实现

计算机模拟教学属于计算机辅助教学的内容之一，是一种重要的教学手段。是由计算机设计出仿真的学习情境，学生通过操作计算机进行学习和实验。计算机能够分析实验变化，让学生知道结果，从而实现学习目标。采用计算机模拟教学技术的优点在于：第一，增加学生实验的机会，突破了真实实验带来的经费限制。第二，增加了实验的安全性。第三，提高学生的学习主动性，培养学生细心观察、善于思考的能力。

1.3 网络教学平台的搭建，使学习环境更加开放

信息技术的另一个体现就在于教师可以利用网络教育平台，通过搜索和资源共享，创建一个开放的教学环境。第一，网络教育的信息量很大，能够提高教学内容的科技含量。第二，网络技术和多媒体技术相互结合，能够提供一种交互式的学习环境。在这种环境下，学生的学习兴趣能够被激发，在学习中加入沟通会话、协作学习等元素，体现出教学的个性化和层次化。第三，网络教学能够突破时空限制，远程教育为学生提供了学习的条件，增加了学习机会，促进了教育公平。

2 信息技术对高中教学的影响

2.1 促进高中教育教学模式的变革，实现了师生互动的高度开放局面

信息技术的应用，能够充分发挥学生的主体作用和教师的引导作用，使传统的以教师为中心的教学模式改变为师生互动、高度开放的教学模式。在教师的定位上，由原来的说教者、知识权威者转变为学生学习的指导者、设计者、帮助者；在教学媒体的定位上，由教学讲解工具变为学生的通讯工具和认知工具。学生能够从被动地接受知识，变为主动地寻求知识，在参与和发现知识的基础上进一步理解和掌握。

2.2 促进高中教育教学形式的变革，实现图、文、声、像并茂

在高中教育上运用信息技术，使教学形式变得生动直观，从而有利于帮助学生形成系统的知识体系。第一，教育技术的应用，能够将教学信息从静态形式转变为图片、文字、声音、动画等构成的动态形式。第二，学生在真正的声音和图像中学习，能够调动学习积极性，激发对知识的求知欲望，提高教学效果。第三，信息技术改变了教学的时空环境，仿真学习环境的设定是在实际的工作环境基础上进行的，从而提高学生对未来工作的适应性。

3 结语

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【关键词】计算机模拟；MATLAB编程；傅立叶变换；计算全息

0 引言

数字模拟是伴随着计算机的出现和发展而逐步形成的一门学科，是集物理、数学和计算机三者相结合的产物，主要运用计算机对所要研究的复杂问题进行数值计算或模拟实验，一方面，便于我们深刻认识和理解物理现象，另一方面，帮助我们并从中探索和发现新的物理规律。如今，自然科学和技术的发展的各个分支领域，大量物理问题的求解都离不开计算机的辅助，很多未知的科学问题都是通过数字模拟手段进行预测和可行性分析，其重要性已经不言而喻了[1]。

在高等教育中，大学物理已经成为一门普遍的公共基础课，要求本科生对基本物理原理和规律有正确和深刻的认识，从而形成辩证的思维方法和科学的世界观。然而，很多物理学的概念和原理通常涉及到较为复杂的数学知识，如傅立叶变换、线性代数、偏微方程等。在传统的教学方式中，教师必须通过口授笔演、解析推导的繁复过程来描述和解释复杂的物理过程，令许多学生感到晦涩难懂、枯燥乏味，渐渐失去对物理学的兴趣。如今随着多媒体教学手段的介入和辅助授课，使得许多复杂和抽象的物理原理和实验可以通过计算机模拟或数字模拟的手段来帮助学生进行理解和掌握相关知识，同时极大地刺激本科生对物理学的广泛兴趣，对日后从事相关科研工作奠定一个良好的基础和技能。其中，基于MATLAB编程的数字模拟手段日益成为大学物理教学工作者首选的软件平台[2]。

MATLAB是美国Mathworks公司于1984年推出的一种集数值计算、符号预算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体的优秀图形化软件。MATLAB这个名字由Matrix和Laboratory两词的前三个字母组合而成，即“矩阵实验室”（Matrix Laboratory），也是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，具有以下特点：一是，简捷和智能化，MATLAB适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，它用解释方式工作，键入程序后可立即得到结果，人机交互性能好，它不要求使用者像使用C或语言一样，先编写源程序，然后对其进行编绎、连接，最终形成可执行文件，这无疑使得编程和调试效率大大提高。二是，功能强大，包括数值计算和符号计算，计算结果和编程可视化，数学和文字统一处理。三是，MATLAB具有丰富的内部函数，MATLAB程序是由主程序和各种工具包组成的，其中主程序包含了数百个内部核心函数，能适应不同使用者的需要，当前已成为美国和其他发达国家中大学教学和科学研究中必不可少的工具[3]。

为了进一步分析和探讨基于MATLAB编程的计算机模拟在物理教学中的应用和重要意义，本文将利用MATLAB编程来对某些光学现象及其物理过程进行了数字模拟，展示出采用MATLAB编程的简捷直观的图形化方式来加深学生对物理原理和概念的认识和理解，从而揭示其重要的现实意义和巨大的潜在价值，相信一定会成为现代物理教学中不可或缺的辅助工具。

1 利用MATLAB编程模拟物理光学中的衍射规律及应用

1.1 利用离散快速傅立叶变换模拟夫琅和费衍射光强分布的数字模拟

傅立叶变换在物理学中有着广泛的应用，傅立叶分析方法使得许多复杂的物理问题得到了简化和分解，从而提供了一条有效而普遍的解决方案，在光学、电学、热力学等众物理学多分支领域中日益发挥着约越来越重要作用。在衍射光学中，我们知道夫琅和费衍射场的强度分布就等于衍射屏函数的功率谱[4]，可以直接将衍射屏进行傅立叶变换，然后处理得到衍射图样。根据衍射光学可知，夫琅和费衍射场的复振幅分布U（x，y）在空域中是个复杂的卷积公式，其形式如下：

因此，在空域中复杂的夫琅和费衍射光场的复振幅分布公式就可以利用MATLAB编程进行直观的图形化模拟，衍射屏的生成可以直接由MATLAB矩阵运算生成，也可利用Windows下的画图工具生成，计算机模拟流程图如图1所示：

图1 夫琅和费衍射的数字模拟流程图

针对一些常见衍射光屏的夫琅和费衍射光强分布的计算机模拟结果如图2所示：首先，从图2（a）和（b）可以明显看出圆孔的艾里斑，且孔径越小，衍射现象越明显。其次，从图2（c）和（d）明显看出方孔的衍射花样分布，且衍射光强的分布方向沿着孔径直边的法线方向扩展，孔径越小，衍射越明显。最后，图2（e）和（f）模拟出一些有趣的字母和符号形状的衍射屏的夫琅和费衍射光强分布，其空间矢量的分布与孔径大小和形状的变化规律，和物理推导公式完全吻合，从而正确直观地展现出夫琅和费衍射的普遍物理性质和规律。

图2 不同大小孔径衍射屏的夫琅和费衍射光强分布

（a）和（b）分别是圆孔和它对应的衍射光强的分布；（c）和（d）分别是方孔和它对应的衍射光强的分布；（c）和（d）不同字母和符号形状的衍射屏的夫琅和费衍射光强分布。

1.2 菲涅耳衍射光场的传播和边缘增强效应的数字模拟

根据公式（5）和（6），利用快速离散傅立叶变换结合MATLAB编程对二维衍射屏-Lena图像进行菲涅耳衍射光场传播的计算机模拟，其结果如图3所示，可以形象直观地看出菲涅耳衍射传播规律，从（b）到（f）依次随着传播距离Z的不断增大，其边缘增强效应越发显著，边缘振荡不断向外扩展，且展宽不断增大，完全符合并且验证了菲涅耳衍射传播的物理性质。

图3 Lena图像的菲涅耳衍射光场的强度分布随传播距离的变化情况

（a）原始Lena图像；（b）Z=1m；（c）Z=2m；（d）Z=4m；（e）Z=8m；（f）Z=16m.

1.3 采用MATLAB编程制作傅立叶变换计算全息图

利用光波的数学描述，通过计算机对想象中的物体形成模拟干涉图，并将其绘制或复制在透明胶片上，这种计算机合成的全息图称为计算全息图（Computer-Generated Hologram：CGH）[5]。因此，无需实物，只需知道该物体的数学表达式，即可用计算全息记录下物光波，从而再现出二维或三维虚构像，这样可以帮助学生有效理解全息的抽象制作过程，直接在计算机上观察和感受全息的成像原理和成像特点，从而激发学生的学习兴趣和创新精神，制作自已感兴趣的不同傅立叶变换全息图。下面，我们通过MATLAB编程制作一幅傅立叶变换计算全息图，对复数波面采用迂回相位编码方法，直接对抽样点上的复数波面的振幅和相位进行编码，其具体流程如图4所示：

图4 采用MATLAB编程制作傅立叶变换计算全息图的流程

从图5可以明显看出其特点是被记录的复数波面是物波函数的傅立叶变换，由于这种全息图再现的是物波函数的傅立叶谱，所以要得到物光波本身，必须再通过一次傅立叶逆变换，这与光学傅立叶变换全息图原理是一致的。

图5 光字屏傅立叶变换计算全息的制作

（a）光字衍射屏；（b）傅立叶变换全息图；（c）再现所编码的全息图.

2 结论

综上所述，我们可以从不同的应用实例看出，结合MATLAB编程的计算机模拟技术给复杂冗长的物理学公式和原理的讲解中，提供了一个直观清晰的图形化说明，尤其对抽象的物理概念赋予了更丰富的感性认识，使得学生再学习过程中更容易同复杂的公式产生共鸣，刺激物理学习的兴趣和对抽象物理概念的理解。因此，在大学普通物理教学中引入MATLAB计算机模拟技术正日益受到重视和普及。另外，学生们利用MATLAB可以对一些物理问题建立数学模型，给出清晰的图像化解释的过程中，可以极大的培养学生的发散性思维和从模拟中发现问题，拓展想法，发现和总结物理规律，为今后的科研工作打下良好的基础。最后，与Basic、C和Fortran相比，用MATLAB软件对物理实验的模拟，只需要用数学方式表达和描述，省去了大量繁琐的编程过程。基于以上论述，利用和推广MATLAB编程的计算机模拟技术必将会其成为我们大学物理教学过程中不可或缺的有力工具和从事高校科研的有利平台。

【参考文献】

[1]李晓莉，张建飞.计算物理的教学改革研究与实践[J].物理通报，2010（8）：57.

[2]胡守信，李柏年.基于MATLAB的数学实验[M].北京：科学出版社，2004.

[3]张铮，杨文平，石博强，李海鹏.MATLAB程序设计与实例应用[M].北京：中国铁道出版社，2003.