2020 计算物理(云南大学) 最新满分章节测试答案

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本课程起止时间为:2020-03-09到2020-06-28
本篇答案更新状态:已完结

【作业】第一讲 计算物理课程简介 第一章作业

1、 问题:卫星在一个圆形轨道上绕地球运动, 周期为T秒. 1) 试说明卫星距地面高度h服从: , 这里是万有引力常数, kg是地球质量, R=6371 km是地球半径.2) 写一个程序，要求用户输入轨道周期T，然后计算并输出卫星的高度(单位是米). 3) 用你的程序计算轨道周期为一天的卫星的高度(地球同步卫星), 还有轨道周期为90分钟和45分钟的卫星的高度. 从计算中你可以获得哪些结论?4) 实际上, 地球同步卫星绕地球一周的时间是一个恒星日 (sidereal day), 即23.93小时, 不是24小时. 为什么? 这个差别对卫星的高度有多大影响? (提示: 在Python中的输入函数为input(), 输出函数为print(), 大家可以通过网页或者help来找到使用方法)
评分规则: 【 小题的公式推导过程 word，如果是手写推导需字迹清楚
程序部分要添加注释说明每一句的功能
要对结果的简单说明.
】

2、 问题:将课件中给的程序修改一下，给定一个均匀垂直重力场和一个阻力, 这里是速度，是速率, 是一个正的常数，研究一个粒子的运动。 分析雨滴在不同下，速度对高度的依赖关系, 这里代表雨滴的质量, 可视为常数. 画出雨滴落地速度和之间的关系, 并与自由落体比较.
评分规则: 【 写出分析过程
可执行代码
结果讨论
】

【作业】第二讲 Python入门 第二单元作业

1、 问题:For 循环a) 用for 循环打印0 到 100.b) 将0到100之间能被7整除的数存成一个列表.
评分规则: 【 能运行出正确结果
】

2、 问题:While 循环: 用while 循环找到20个可以被5，7，和11整除的数，提示，将找到的数的个数放在一个变量中伪代码：Number found = 0x = 11While number found is less than 20：If x is divisible by 5, 7 and 11: Print x Increase number found by 1Increase x by 1
评分规则: 【 运行结果正确
】

3、 问题:Collatz序列形式如下：我们从开始，我们通过下面的表达式来寻找下一个数：如果, 我们停止迭代，找到了整个序列例如，如果我们从开始，我们得到的序列是 5 ，16， 8， 4， 2， 1据推测，虽然没有证实，每个数字链最终会截止到1将的Collatz序列存成列表，并打印出来.
评分规则: 【 运行结果正确
】

4、 问题:半经验质量公式:在核物理中, 假设原子核的原子序数是, 质量数是, 则计算原子核的束缚能B的半经验公式为:,其中, B的单位是兆电子伏(MeV), 常数, 并且写一个程序, 读入A和Z的值, 打印出对应原子的束缚能. 用程序计算出A=58且Z=28的原子的束缚能. (提示: 正确答案约为490 MeV.)
评分规则: 【 完成第1小题
】

5、 问题:修改作业题4的程序, 不要输出总束缚能B, 输出束缚能和核子数的比: B/A.
评分规则: 【 运行结果正确
】

6、 问题:修改作业题5程序, 读入一个原子序数Z, A从A=Z变化到A=3Z, 找出最大的B/A. 这是给定原子序数的最稳定的原子核. 打印最稳定原子核的A值和B/A的值.
评分规则: 【 运行结果正确
】

7、 问题:修改作业题6程序, 不再读入Z, 而是使Z从1变化到100, 打印出对于每个Z最稳定的A. 在Z取什么值时, B/A取得最大值? (现实中答案是Z=28, 是镍原子. 你会发现半经验公式得到的答案大致是对的, 但不完全准确.)
评分规则: 【 运行结果正确
】

【作业】第三讲 数据输入与结果输出 第三章作业

1、 问题:完成《Python物理建模初学者指南》第四章 4.1 艾滋病病毒载量模型
评分规则: 【 图像需要包括：xlabel, ylable, 点是红色的，线cyan色虚线，线宽3，点的大小5模型用线表示，数据用点表示
】

2、 问题:完成《Python物理建模初学者指南》第四章 4.2 细菌实验
评分规则: 【 按书上要求完成练习
】

3、 问题:附加题: 数单词(利用字典的特性)在 http://stanford.edu/~schmit/cme193/ex/data/shakespeare.txt 下载莎士比亚全集找到20个最常用的单词;有多少单词仅用了一次;有多少单词至少用了5次;把最常用的200个单词和他们的使用次数写到一个文件中.写一个脚本，尽量利用你已经写过的语句，最好你可以输入文件名和k来找到最常用的k个单词，脚本可以打印出最常用的k个单词和它们的计数.
评分规则: 【 每个问题2分
】

【作业】第四讲 Python进阶 第四讲作业

1、 问题:使用第5.2节中介绍的方法生成一个1000步的随机行走轨迹, 然后绘制轨迹.
评分规则: 【 需要直接将代码和结果粘贴在这里
】

2、 问题:按任务(b) 要求生成4条依次排列的轨迹
评分规则: 【 代码粘贴到这里图上传
】

3、 问题:6.2 绘制位移分布: 完成任务(a), (b), (c), (d), (e), (f)
评分规则: 【 程序需要包括具体说明
】

【作业】第五讲 图像和数据处理 第五章 作业

1、 问题:产生一个复数Z, Z的实部和虚部分别从-100变化到100，在一幅图的两父子图中分别的实部和虚部的等值线图.
评分规则: 【 上传图像
】

2、 问题:根据附件，完成动画
评分规则: 【 代码粘贴在此处，注意选择一下代码语言.
动画打包上传
】

3、 问题:完成《Python物理建模初学者指南》第8章的练习
评分规则: 【 按照练习8A的要求，编制一个双循环计算卷积. , 上传程序
利用8.1.1介绍的scipy.ndimage函数库, 调用卷积函数convolve做卷积, 上传程序
完成8.1.2的图像平均, 上传程序和图
完成8.1.3：使用高斯滤波器做图像平滑, 上传程序和图
8.2 图像去噪, 上传程序和图
8.3 特征强调, 上传程序和图这里的数据在http://www.physics.upenn.edu/biophys/PMLS/Datasets/PMLSdata.zip 下载
】

【作业】第六讲 强度图和3D画图及3D动画 第六讲作业

1、 问题:用sympy下面的plot绘制曲线 .
评分规则: 【 上传画图结果
】

2、 问题:用sympy下的plot_implicit绘制曲线 .
评分规则: 【 上传图像
】

3、 问题:画出牛顿环的干涉图样. (《计算物理基础》第一章习题26)
评分规则: 【 上传代码，注意选择代码语言
上传图像
】

4、 问题:参考视频中原子晶格可视化的例子完成任务:氯化钠晶体是由钠原子和氯原子构成的, 两种原子交替出现, 一个钠原子被6个氯原子环绕, 一个氯原子也被6个钠原子环绕. 对氯化钠晶体进行可视化, 用两种颜色分别表示两种类型的原子.
评分规则: 【 上传代码
上传图像
】

5、 问题:参考视频中原子晶格可视化的例子完成任务:面心立方晶格是自然界中最常见的一种晶体结构, 面心立方晶格的晶胞是一个立方体, 立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子.
评分规则: 【 上传代码
上传图像
】

6、 问题:太阳系可视化：离太阳最近的六颗行星在几乎一个平面上绕日旋转, 旋转轨道接近圆形. 一些基本参数见文件sun_planets.txt. 使用vpython模块, 创建一个太阳系的动画:a. 在合适的位置用球表示太阳和行星, 球的大小正比于它们的真实大小. 因为行星半径和它们的轨道半径比较起来太小, 所以它们大小可以乘以一个常数以使得它们可见. 用不同的颜色来表示天体, 比如用蓝色表示地球, 用红色表示太阳.b. 让行星绕日旋转, 按比例调整绕转周期使得绕转运动可以看到但是也不是不合理的快. 利用rate函数使你的动画更流畅.提示: 可以将球相关变量放在一个数组中.可以根据个人情况完成2-6颗行星绕转的动画.
评分规则: 【 完成两颗行星绕太阳运转动画
完成三颗行星绕太阳运转动画
完成四颗行星绕太阳运转动画
完成五颗行星绕太阳运转动画
完成六颗行星绕太阳运转动画
】

【作业】第七讲 误差和精度 第七讲作业

1、 问题:相近的数相减:考虑抛物方程. 方程解的形式为,调察当时计算误差对结果的影响:1) 写程序，对任意计算以上四个解的值;2) 调查相减相消导致的误差对解的误差的影响（提示：可以采用作为实验参数）.3)扩展你的程序，使它返回更准确的解.
评分规则: 【 完成第1）问，粘贴代码和结果
完成第2）问，粘贴代码和结构
完成第3)问
】

2、 问题:在序列求和的时候, 如果正负号交替出现, 相减相消产生的误差可能对结果有较大影响. 考虑求和:如果分别考虑奇数项和偶数项可以得到两个求和:用这个公式求和, 所有项都是正值, 除了最后需要相减一次. 这一次的相减也可以通过下面这个公式避免:上面三个求和在数学上是相等的, 但是它们的数值结果不同.1）写程序计算, 和.2）假设是精确解. 画 vs. 的log-log图. 从1变化到1,000,000. 在这个图中负值的部分代表有效数字的近似个数.
评分规则: 【 完成程序并画图
】

3、 问题:尽管计算机计算精度很高，但是某些序列求和的时候还需要小心。考虑两个序列:如果有限, 两个序列都有限, 如果是解析求和, 两个求和给出相同的结果. 但是由于舍入误差, 没有的数值结果精确.1) 写程序计算 和, 它们都是N的函数.2) 画 vs. N的log-log图.3)观察图中的线性变化区域，解释为什么更准确.
评分规则: 【 粘贴代码和图
解答第3）小题
】

4、 问题:球面贝塞尔函数的递推公式:球面贝塞尔函数是下列微分方程的一个解:下面给出两个贝塞尔函数:下表为3,5,8阶贝塞尔函数的值:采用递推关系来计算贝塞尔函数:对于向下递推计算贝塞尔函数，初始的可以是任意初始值，但计算出的一系列数值是相对数值，而非绝对数值，最终需要归一化，即其中是你计算的结果, .1）写程序, 分别用向上, 向下的递推关系计算, l从0到25， (参考表格验证程序).2）比较向上，向下的递推方法，画出的图.3) 从scipy.special中导入spherical_jn函数, 用作为解析解与你用公式计算的结果对比.下面给出一段计算向下递推的代码，仅供参考.def down(x,l,m): #从第m阶向下递推
j = np.zeros(m+2)
j[m+1]=j[m]=1. #任意初始值
for k in range(m,0,-1):
j[k-1] = (2.k + 1)/xj[k] – j[k+1]
scale = (np.sin(x)/x)/j[0] #归一化
return j[l]*scale
评分规则: 【 粘贴代码和图
】

【作业】第八讲 分形 第八讲 分形作业

1、 问题:分别采用相似性拼接迭代法和L System方法产生如下图所示的科赫曲线
评分规则: 【 上传拼接迭代法的代码和图像