Моделирование физического процесса
компьютерная программа по информатике и икт (9 класс) на тему

Слайд 1

моделирование физических процессов исследовательская работа Выполнили: ученики 9-класса Лебедева Антона Соломонов Николай Научный руководитель: учитель физики и ИКТ Мордовской Д.А.

Слайд 2

Актуальность. Модель используется при разработке теории объекта в том случае, когда непосредственное исследование его не представляется возможным вследствие ограниченности современного уровня знания и практики. Данные о непосредственно интересующем исследователя объекте получаются путем исследования другого объекта.

Слайд 3

Цель данной работы – процесс построения модели, и ее исследование. Будем использовать прогностические модели, так как это актуально в наше время. Объект исследования - физические процессы. Задачи исследовательской работы : Необходимо описать некоторые физические процессы. Создать для них формальную моделью Выявить параметры системы, которые можно исследовать и установить связь между ними. Разработать компьютерную модель данных физических процессов Проанализировать функционирование процесса в окружающем мире, используя данную компьютерную модель.

Слайд 4

Основная часть Формализация — это один из этапов моделирования, в результате завершения которого, собственно, и появляется модель процесса или явления.

Слайд 5

По способу построения модели бывают материальные и идеальные. Назначение материальных моделей — специфическое воспроизведение структуры, характера, протекания, сущности изучаемого процесса. Из материальных моделей можно выделить: а) физически подобные модели (они сходны с оригиналом по физической природе и геометрической форме, отличаясь от него лишь числовыми значениями параметров — действующая модель электродвигателя, паровой турбины); б) пространственно-подобные модели (сходство с оригиналом на основе физического подобия — макеты самолетов, судов); в) математически подобные модели (не имеют с оригиналом ни физического, ни геометрического сходства, но объект и модель описываются одинаковыми уравнениями — аналогия между механическими и электрическими колебаниями).

Слайд 6

Виды моделей Можно выделить следующие виды абстрактных(идеальных) моделей : 1. Вербальные (текстовые) модели . Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности. 2. Математические модели — очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. 3. Информационные модели — класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Слайд 7

Модель состава системы дает описание входящих в нее элементов и подсистем, но не рассматривает связей между ними. Очевидно, что и модель состава компьютера может иметь разные варианты и зависимости от отражаемой в ней точки зрения на систему. Например : Системный блок, монитор, принтер, клавиатура, мышь. Оперативная память, внешняя память, центральный процессор, устройства ввода, устройства вывода. Центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ, жесткий диск, флоппи-диск, лазерный диск, информационная магистраль, клавиатура, монитор, контролерры внешних устройств и пр.

Слайд 8

Структурная модель системы C вязи и отношения. Структурную модель системы еще называют структурной схемой. На структурной схеме отображаются состав системы и ее внутренние связи. Характер связей в системах, исходит из их деления на естественные и искусственные. В естественных системах неживой природы связи носят только материальный характер, а в системах живой природы существуют связи материальные и информативные. Информативные связи – это обмен информацией между частями системы поддерживающей ее целостность и функциональность.

Слайд 9

Модели систем Наши представления о реальных системах носят приближенный, модельный характер. Описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель. Рассмотрим три разновидности информационных моделей систем: модель «черного ящика»; модель состава; структурная модель.

Слайд 10

Модель «черного ящика». Всякая система – это нечто цельное и выделенное из окружающей среды. Система и среда взаимодействует между собой. В системологии используются представления о входах и выходах системы. Вход системы – это воздействие на систему со стороны внешней среды, а выход – это воздействие, оказываемое системой на окружающую среду. Такое представление о системе называется моделью «черного ящика». Модель «черного ящика» используется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы недоступно или не представляет интереса, но важно описать ее внешние взаимодействия. КОМПЬЮТЕР Снова вернусь к примеру с компьютером. Если описать компьютер как «черный ящик», учитывая только его информационное взаимодействие с внешней средой, то модель получится следующей: Компьютер ПРОГРАММЫ ДАННЫЕ ИТОГОВАЯ ИНФОРМАНЦИЯ

Слайд 11

Графы являются мощной основой для построения информационных моделей, решения огромного числа задач моделирования. Граф может быть ориентированным и неориентированным. Если требуется отразить только информационные связи между различными устройствами компьютера, то граф структурно модели будет иметь следующий вид: Устройство ввода Внешняя память Внутренняя память Процессор Устройство вывода

Слайд 12

Процессор Устройства ввода Внутренняя память Внешняя память Устройства вывода Внутренняя память Внешняя память Устройства ввода Устройства вывода Процессор

Слайд 13

Компьютеры Супер -к омпьютеры Портативные Серверы Карманные Персональные компьютеры Настольные

Слайд 14

Исследования модели физических процессов. Компьютерная модель Постановка задачи : Выяснить параметры при баллистическом движении: При расчетах будем использовать следующие допущения: начало системы координат расположено в точке бросания; тело движется вблизи поверхности Земли, т. е. ускорение свободного падения постоянно и равно 9,81 м/с 2 ; сопротивление воздуха не учитывается, поэтому движение по горизонтали равномерное.

Слайд 15

Пусть : Vo — начальная скорость (м/с), α — угол бросания (радиан), L — дальность полета (м). Движение тела, брошенного под углом к го­ризонту, описывается следующими формулами: Vx = V 0 cos α — горизонтальная составляющая начальной скорости, Vy = Vx sin α — вертикальная составляющая начальной скорости, х = V x t — так как движение по горизонтали равномерное, у = V y t – –— так как движение по вертикали равноускоренное с отрицательным ускорением. Искомым в этой задаче будет то значение х = L , при котором у = 0.

Слайд 16

Математическая модель. Дано: Vo — начальная скорость (м/с), α — угол бросания (радиан). Найти: L — дальность полета (м). Связь: (1) L = V x t — дальность полета, (2)0 = V y t – — точка падения, (3) V x = Vo cos α — горизонтальная проекция вектора начальной скорости, (4) Vy = Vo sin α — вертикальная проекция вектора начальной скорости, g = 9,81 — ускорение свободного падения, Vo > 0 0 < α < . Подставляем в формулу (2) значение Vy из формулы (4). Получаем уравнение: 0 = Vo sin α t - . (5) Чтобы решить это уравнение, найдем из формул (1) и (3) выражение для t : t = Подставив это значение в уравнение (5), получаем решение: 0 = или 2 V 0 2 sin a cos a = gL. Отсюда дальность полета равна: т. е. зависит от начальной скорости и угла наклона.

Слайд 17

Информационная (компьютерная) модель с использованием алгоритмического языка Pascal ABC Program ballistika ; uses crt ; var v0:integer; a,t,g,x,y:real ; BEGIN v 0:=100; a :=30;//угол в градусах, надо перевести в радианы g :=9.8; a := a * pi /180;//перевели в радианы t :=0;//обнуляем время, теперь цикл по этой переменной x :=0; y :=0; writeln ('Таблица значений:'); repeat t:=t+1; x:=(v0* cos (a))*t; y:=(v0*sin(a))*t-(g*t*t)/2; writeln ('x(',t:0:0,') = ' , x:7:3 ,' y(',t,') = ' , y:7:3 ); until y<0; t:=2*v0*sin(a)/g; x := v 0* cos ( a )* t ; writeln ('Снаряд коснется поверхности через ', t :0:2,' сек. на расстоянии ', x :0:3,'м'); END .

Слайд 18

Исследования полученных результатов физического процесса При вводе значений углов и начальной скорости можно проанализировать данный физический процесс. Можно выявить дальность полета, высоту полета, время полета в зависимости от значений угла и начальной скорости. Все это можно проанализировать при выполнении программы. Заключение В ходе данной исследовательской работы был проведен анализ физических процессов, с использованием компьютерных моделей алгоритмического языка Pascal ABC . Полученные результаты убеждают в эффективности использования компьютерного моделирования. Модели позволяют не только наблюдать за моделируемыми процессами, но и управлять ими, изменяя соответствующие параметры. В процессе работы не возникало больших затруднений при создании компьютерных моделей и их анализа, повысился интерес к продолжению работы над этой темой. Планирую создать новые информационные модели других физических процессов и явлений, в которых будут выявлены параметры для дальнейшего продолжения исследовательской работы.

Слайд 19

Список используемой литературы: 1.Н.Д. Угринович «Информатика и информационные технологии» / г. Москва, изд. БИНОМ, 2005. 2.Н.В. Макарова «Информатика (задачник по моделированию)» / г. Санкт – Петербург, изд. ПИТЕР, 2001. 3.Газета №17 «Информатика» / г. Москва, изд. ПЕРВОЕ СЕНТЯБРЯ, 2002. 4.Газета №8 «Информатика» / г. Москва, изд. ПЕРВОЕ СЕНТЯБРЯ, 2002.