В изучении физики значительное место занимают решение задач и физический эксперимент всех видов. Приведём известное высказывание Э. Ферми: «Человек знает физику, если он умеет решать задачи». Компьютерные технологии и здесь оказывают революционизирующее воздействие. Развитие любой науки невозможно без создания теоретических и практических моделей. Компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент становится новым инструментом, методом научного познания, новой технологии из-за возрастающей необходимости перехода к исследованию сложных систем.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Всероссийские юношеские чтения имени В.И.Вернадского
II Ямало-Ненецкий окружной тур
ЯНАО, Пуровский район, п.г.т. Уренгой, мкр.5, дом 53а
Компьютерная модель физических задач на процедурном и объектно-ориентированном языках программирования.
Мирошник Антоний, ученица 11 б класса
муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения
«Средняя общеобразовательная школа № 2» пг.т. Уренгой Пуровского района
Приложения для Учёбы | Полезно!
Замятина Ольга Валерьевна, учитель информатики
муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения
«Средняя общеобразовательная школа № 2 п.г.т. Уренгой Пуровского района
Шмидт Наталья Александровна, учитель физики
муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения
«Средняя общеобразовательная школа № 2» п.г.т. Уренгой Пуровского района
- О процедурных языках программирования.
- О визуальных объектно-ориентированных языках программирования.
- Пример. Решение задачи «Сумма» с использованием процедурного языка программирования и объектно-ориентированного языка программирования. Выводы.
- Теория по теме «Первое начало термодинамики применительно к изопроцессам».
- Алгоритм расчета количество теплоты, сообщенного газу в зависимости от изопроцесса. Визуализация алгоритма — блок-схема с использованием редактора блок-схем. Листинги программ на процедурном и объектно-ориентированном языках программирования.
- Представление проекта «Первое начало термодинамики применительно к изопроцессам». Подбор задач по теме. Визуализация физического смысла и решение задач в представленном проекте.
Цель работы : изучить языки программирования и
выбор задач по 1 закону термодинамики
выбор приемлемого языка программирования длЯ решения задач по перв закону
создание компьютерной модели для решения задач по первому закону термодинамики.
- Изучить литературу по теме.
- Сравнить технологии решения задач с использованием процедурного и объектно-ориентированного подходов.
- Программировать элементарные задачи и провести анализ результатов.
- Изучить теорию по теме «Первое начало термодинамики применительно к изопроцессам».
- Разработать алгоритм решения физической задачи. Визуализировать алгоритм в виде блок-схемы с использованием редактора блок-схем.
- Создание компьютерной модели в системе объектно-ориентированного программирования.
- Использование полученной модели для решения физических задач.
Гипотеза: нарушение функционального с
- О процедурных языках программирования.
С развитием языков программирования развивались и технологии, используемые при написании программного кода. Первые программы писались сплошным текстом. Это была простая последовательность команд, записанная в столбец. Все это выглядело приблизительно так:
Листинг 1. Текст линейной программы.
Используя такой подход к программированию, можно было сделать очень мало. Единственное, что было доступно программисту для создания логики в данном случае — это условные переходы. Под условным переходом понимается переход на какую-то команду при определенных условиях, которые сложились в процессе обработки данных на процессоре. Например:
Листинг 2. Пример условного перехода.
Если выполнено условие, то перейти на команду 1, иначе на команду 2
Это единственная логика, с помощью которой можно было выполнять определенные действия, зависящие от конкретных ситуаций, которые могут сложиться в процессе вычислений. Но программы оставались плоскими и неудобными, потому, что написать таким образом логику современных программ невозможно.
Взгляните на программу MS Word. В ней трудно представить себе линейность, потому что здесь как бы присутствует диалог с программой. Вы говорите, что вам надо, а она выполняет ваши действия. При линейном программировании можно создать только такую логику, при которой компьютер запрашивает определенные параметры (данные), и вы вводите их, а отступить от линейности, заложенной в такую логику, невозможно.
Следующим шагом стал процедурный подход. При этом подходе какой-то код программы мог объединяться в отдельные блоки (процедуры). После этого такой блок команд можно вызывать из любой части программы. Например:
Листинг 3. Процедурное программирование.
Начало процедуры 1
Команда 1 процедуры 1
Команда n процедуры 1
Конец процедуры 1
Если выполнено условие, то выполнить код процедуры 1.
В результате появилась возможность использовать один и тот же код в одной программе неоднократно. Код программ стал более удобным и простым для понимания. Именно таким был отец Delphi — язык программирования Turbo/Borland Pascal, который со временем превратился в Object Pascal.
В процедуры можно передавать различные значения, заставляя их что-то рассчитывать. В процедуру можно поместить код каких-нибудь расчётов и определить параметры в виде переменных, которые используются в этом коде, а затем только передавать ей разные значения в качестве этих параметров. Процедуры остались и в наше время. Использование процедуры часто называют «Вызов процедуры». Это действительно так, т. е. процедура как бы вызывается.
- О визуальных объектно-ориентированных языках программирования.
В середине 80-х годов началась эпоха персональных компьютеров. Их выпускали миллионами, для них требовались десятки тысяч программ, и вдруг выяснилось, что один месяц работы квалифицированного программиста стоит не меньше, чем его компьютер. Тогда люди задумались, как сберечь время программиста, и языки программирования начали вновь изменяться.
Прежде всего, был введён принцип повторного использования кода. По этому принципу то, что было создано кем-то один раз, должно не пропадать, а накапливаться и как готовый блок переходить в труды других программистов. Такие блоки назвали объектами. При необходимости разработать новую программу берутся объекты от предыдущей программы и только перенастраиваются (подгоняются) под новые требования.
Неверное и вам случилось видеть в разных программах одинаковые по форме окна, похожие меню, одинаковые кнопки. Большинство программ работают с одними и теми же шрифтами. Всё это настраиваемые объекты. Первым языком объектно-ориентированного программирования стал язык СИ++(C++). Затем и у языка Паскаль появилась объектно-ориентированная версия – Object Pascal.
Сегодня в мире много и других объектно-ориентированных языков программирования.
В 90-х годах в мире персональных компьютеров опять произошли важные изменения. Компьютеры приобрели графическое управление. Раньше ими в основном управляли с помощью клавиатуры: на ней набирали команды, с клавиатуры в компьютер вводили тексты программ. Разумеется, компьютеры и тогда могли воспроизводить на экране графические изображения, но это было именно умение, а не способ управления. Телевизор, например, прекрасно воспроизводит изображения, но способ управления им был и остаётся кнопочным.
В середине 90-х годов системы управления большинства компьютеров стали графическими. То, что мы видим на экране, это не просто картинки – многие из них служат графическими элементами управления – на них можно навести указатель мыши, щёлкнуть на её кнопке и компьютер ответит на этот управляющий сигнал.
С появлением графических систем управления компьютерами изменился и метод разработки программ. Он тоже стал графическим или, говоря по научному – визуальным. С помощью мыши можно выбирать готовые строительные блоки для будущих программ, а потом точно так же с помощью мыши настраивать их по своему вкусу. И лишь когда нам чего-то будет не хватать, придётся ввести команды с клавиатуры.
— А кто нам даёт те компоненты, из которых мы сможем что-то выбирать?
— Их предоставляют те самые системы визуального программирования.
В них входят обширные библиотеки компонентов – только выбирай. Ну, а если для каких-то целей мы и не найдём нужного компонента, есть ещё возможность установить дополнительные библиотеки. Нередко программисты, разрабатывающие новые компоненты, выставляют их в Интернете, где каждый желающий может их получить и использовать.
Таким образом, объектно-ориентированное программирование возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Для дальнейшего развития объектно-ориентированного программирования часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование).
Наиболее универсальными процедурными языками программирования признаны:
За долгое время развития эти три языка стали не просто языками программирования, а целыми системами программирования. С их помощью можно не писать программы, а собирать их из готовых компонентов точно так же, как из компонентов детского конструктора собирают специальные игрушки.
Так, язык Basic превратился в систему программирования Visual Basic. Язык Паскаль реализовался в систему Delphi, а язык СИ++ реализован в нескольких системах. Две из них — Borland C++ Builder и Microsoft Visual C++.
- Пример. Решение задачи «Сумма» с использованием процедурного языка программирования и объектно-ориентированного языка программирования. Выводы.
Решать задачи, например задачи ЕГЭ, удобней на процедурном языке, так как в основном нужно создать алгоритм или выполнить пошагово предложенный в задаче алгоритм. КАКОЙ ЯЗЫК
Визуализировать решение удобно на объектно-ориентированном языке. Так как на нем можно спроектировать удобный графический интерфейс.
Пример. Задача. С клавиатуры вводятся 2 числа. Вывести на экран их сумму. Рассмотрим два подхода к программированию задачи «Сумма». В объектном подходе предусмотрены 3 способа визуализации ответа:
— вывод в текстовое поле
— вывод с помощью диалоговых панелей.
write(‘введите первое число: ‘);
write(‘введите второе число: ‘);
writeln(‘сумма двух чисел равна: ‘, c);
Dim a, b, c As Byte
Private Sub Command1_Click()
a = InputBox(«Сообщите значение А»)
b = InputBox(«Сообщите значение В»)
Form1.Print «Сумма равна», c
Private Sub Command2_Click()
a = InputBox(«Сообщите значение А»)
b = InputBox(«Сообщите значение В»)
Private Sub Command3_Click()
a = InputBox(«Сообщите значение А»)
b = InputBox(«Сообщите значение В»)
c = MsgBox(«Сумма равна » + Str(c))
Private Sub Command4_Click()
- Теория по теме «Первое начало термодинамики применительно к изопроцессам».
В давние времена люди пользовались в качестве орудий труда простыми машинами: рычагами, наклонной плоскостью и т.д. В течение тысячелетий работа с помощью этих машин совершалась за счет механической энергии ветра, падающей воды; чаще всего применялась энергия людей или животных.
Около 200 лет тому назад началось широкое применение в технике другого вида энергии — внутренней энергии. Сейчас около 80% используемой человечеством энергии – это внутренняя энергия топлива. Раздел физики, изучающий, как внутренняя энергия используется для получения механической работы, называется термодинамикой. Термодинамика – это наука о тепловых явлениях, основанная на некоторых общих законах, относящихся к превращению энергии. Эти законы справедливы для всех тел независимо от их внутреннего строения.
Обычно при изменении объема газа работа совершается и за счет передачи ему какого-то количества теплоты от источника энергии, и за счет изменения внутренней энергии самого газа, которая при этом уменьшается. Закон сохранения энергии в этом случае можно записать в виде уравнения A = Q — ∆U или Q = A + ∆U.
Закону сохранения энергии присвоено особое название – первое начало термодинамики. Этот закон формулируется следующим образом: количество теплоты, переданное телу, равно сумме изменения его внутренней энергии и совершенной им работы. Применяя первый закон термодинамики к различным процессам, мы можем получить важные выводы о связи внутренней энергии, количества теплоты и работы в каждом из этих процессов.
В изотермическом процессе температура газа все время остается постоянной (равной температуре нагревателя), значит, и внутренняя энергия газа остается неизменной. T=const ∆U=0A=Q.
В изохорном процессе газ нагревают в закрытом сосуде. В этом процессе работа не совершается. ∆V=0A=0Q=∆U.
В изобарном процессе (p=const) работа может быть выражена формулой A=p(V2-V1). Поэтому первый закон термодинамики в этом случае может быть записан в виде Q= p(V2-V1) +∆U или Q= A+∆U.
В адиабатном процессе исключен теплообмен тела с окружающей средой. Q=0∆U=-A.
- Алгоритм расчета количество теплоты, сообщенное газу в зависимости от изопроцесса. Визуализация алгоритма (блок-схема) с использованием редактора блок-схем. Листинги программ на процедурном и объектно-ориентированном языках программирования.
Я написал программу для расчета количества теплоты в изопроцессах по формуле первого закона термодинамики.
Блок-схема алгоритма решения задачи.
Программа «gaz» рассчитывает количество теплоты (Q) полученное газом при изотермическом, изохорном, изобарном и адиабатном процессах. Вычисления организованы соответствующими функциями.
var a,u,Q:real; i:integer;
Источник: nsportal.ru
Использование языка программирования Python для решения физических задач.
В данной презентации рассматривается материал для уроков по теме «Использование объектно-ориентированного языка программирования Python для решения физических задач» с использованием межпредметных связей.
В материале дается определение и история развития языка программирования Python, нахождение сильных и слабых сторон языка, сравнение двух ООП языков программирования Java и Python, понятие класса, а так же подробно рассматриваются контрольный пример решения физической задачи с использованием блок-схемы и кодом программы, написанном на языке программирования Python.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Наладить дисциплину на своих уроках.
Получить возможность работать творчески.
Просмотр содержимого документа
«Использование языка программирования Python для решения физических задач. »
- Актуальность:
Python нужен для быстрой скорости разработки программ в связи с его легким синтаксисом и большой стандартной библиотекой, имеющей большой объем полезных функций.
Высокая скорость разработки программ для решения определенных физических задач.
Изучение языка программирования Python . Нахождение сильных и слабых сторон языка. Сравнение двух ООП языков программирования: Java и Python.
- Практическое применение и рекомендации:
Введение языка программирования Python в факультотивный курс информатики. Использование языка программирования Python на уроках физики при решении задач с высокой скоростью и эффективностью.
Гвидо Ван Россум
1) Выполнение java байт-кода на порядки шустрее python интерпретатора.
2) Статическая типизация в java способствует отлову множества ошибок на этапе компиляции.
3) ООП в java очень хорошо проработан, по сравнению с довольно странной реализацией классов в Python .
1) Скриптовый язык не требует компиляции, следовательно просмотреть результат можно мгновенно после внесения изменений.
2) Куча приятных конфет в плане синтаксиса, типа срезов массива и прочих конфет по работе с коллекциями.
Обработка исключений — механизм языков программирования, предназначенный для описания реакции программы на ошибки которые могут возникнуть при выполнении программы и приводят к невозможности (бессмысленности) дальнейшей отработки программой её базового алгоритма.
Класс — это тип, описывающий устройство объектов. Понятие «класс» подразумевает некоторое поведение и способ представления.
Задача:
Существует рычаг с двумя чашами весов, на каждую чашу весов кладут одинаковое количество грузов. Если масса грузов на правой чаше больше массы грузов на левой чаше то рычаг отпускается вправо, если наоборот то рычаг отпускается влево, если массы одинаковы то рычаг остается в балансе.
В результате проведенной исследовательской и экспериментальной работы были изучены основы языка программирования Python , были рассмотрены сильные и слабые стороны языка, так же мы сравнили ООП язык Python с лидером ООП языком Java. В дальнейшем можно погрузится в глубь языка программирования Python и заняться написанием проекта в связки с другими языками программирования .
Источник: kopilkaurokov.ru
Презентация на тему Программа для решения физических задач Выполнил : ученик 10 класса Гукасян
Слайд 3 Гипотеза: с помощью программы можно решать задачи по физике.
Цель: создание программы для решения физических задач.
Провести опрос среди старшеклассников, чтобы убедиться в необходимости такой программы.
2. Установить основные этапы, принципы и алгоритмы решение физических задач.
3. Провести обзор способов анализа текста.
4. Разработать интерфейс и алгоритм программы.
5. Описать на языке программирования Delphi установленные методы решение физических задач на разные темы.
6. Проверить эффективность программы при решении задач из сборника В.И.Лукашика.
Слайд 4Сколько времени вы тратите при
решении задач по
физике?
Часто ли Вам не удаётся решить задачу?
Встречали ли вы программу
способную
решать физические задачи?
Хотели ли бы вы иметь и пользоваться
такой программой?
Редко не удаётся
Часто не удаётся
Не интересо-
вался этим
В опросе участвовало 36 человек (7-11 классы)
Слайд 5Анализ методов решение физических задач
а) анализ условия задачи, запись «Дано»
и перевод в единицы Си;
б) составление уравнений, связывающих физические величины,
которые характеризуют рассматриваемое явление с количественной стороны;
в) совместное решение полученных уравнений относительно той или иной величины, считающейся в данной задаче неизвестной;
г) анализ полученного результата и числовой расчет
На каждом из этих этапов могут возникать трудности, поэтому необходимо разработать такой алгоритм, который мог бы помочь в решении как на каждом из этапов в отдельности так и при решении задачи в целом.
Слайд 6Анализ условия задачи
Посимвольное прочтение текста и разбиение его на слова,
при этом каждое слово помещается в массив строкового типа.
слова из массива с ключевыми словами, которым сопоставляются физические величины и слова указывающие на искомую величину.
Поиск единиц измерения физических величин и их вывод на экран, а так же вывод числового значения, стоящего перед единицей измерения.
Слайд 7Выбор уравнений связывающие физические величины
Искомая величина
Данные величины
Формула 1
Формула 2
4
Формула 5
Слайд 8Грузовик массой 10 т начинает движение и ускоряется до 72
км/ч. Определите расстояние, которое проехал этот грузовик, если сила тяги
грузовика равна 600 кН.
Решение полученных уравнений и их расчет
Слайд 9Возможности для усовершенствования
Сделать телефонную
версию программы.
Добавить возможность добавления в базу
данных новых величин и формул.
Изменить алгоритм программы
используя базу данных.
Добавить возможность
распознавания текста.
Сделать базу данных
Программы.
Слайд 10Заключение
Проведён опрос среди старшеклассников. Результаты показали, что
данная программа является актуальной.
Установлены основные этапы, принципы и алгоритмы решения
физических задач.
Реализован алгоритм анализа текста задач методом ключевых слов.
Разработан интерфейс программы.
Установленные методы решения физических задач на разные темы были описана на языке программирования Delphi.
Была проверена эффективность программы при решении задач из сборника В. И. Лукашика.
Источник: theslide.ru