Главные вкладки

    Практическая работа по предмету: «Основы информатики и вычислительной техники»
    творческая работа учащихся по теме

    Смирнова Ирина Петровна

    Практическая работа

    по предмету: «Основы информатики и вычислительной техники»

    Тема: Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере на примере исследования физической модели

    Скачать:

    ВложениеРазмер
    Microsoft Office document icon prakticheskaya_rabota_no2_dmitriev.doc120.5 КБ

    Предварительный просмотр:

    Профессиональный лицей «Петроградский»

    Профессиональный лицей «Петроградский»

    Практическая работа №2

    по предмету: «Основы информатики и вычислительной техники»

    Тема: Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере на примере исследования физической модели

    Работу выполнил учащийся Дмитриев И.А.

    Работу проверила Смирнова И.П.

    Оценка______________________

    Санкт-Петербург

    2010


    Содержание

    1 Теоретическая часть        

    2 Практическая часть        

    2.1 Содержательная постановка задачи        

    2.2 Качественная описательная модель        

    2.3 Формализованная модель        

    3 Основная часть        

    3.1.1 Компьютерная модель на языке Turbo Pascal        

    3.1.2 Анализ результатов        

    3.2.1 Компьютерная модель в электронных таблицах        

    3.2.2 Визуализация модели        

    3.2.3 Исследование модели в электронных таблицах        

    3.2.4 Анализ результатов        

    Заключение        


    1 Теоретическая часть

            Использование компьютера для исследования информационных моделей различных объектов и систем позволяет изучить их изменения в зависимости от значения тех или иных параметров. Процесс разработки моделей и их исследования на компьютере можно разделить на несколько основных этапов.

            Первый этап. На этом этапе исследования объекта или процесса строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметра объекта, а не существенными параметрами пренебрегают.

            Второй         этап. На этом этапе создается формализованная модель, то есть, описательная информационная модель записывается с помощью какого либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений ,неравенств и пр. фиксируется формальное соотношение между начальными и конечными значениями свойств объектов ,а так же накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств. Однако далеко не всегда удаётся найти формулы, явно выражающие искомые величины через исходные данные. В таких случаях используются приближённые математические методы позволяющие получать результаты с заданной точностью.

            Третий этап. На этапе необходимо формализованную модель преобразовать в компьютерную модель, то есть выразить её на понятном для компьютера языке. Существует два различных пути построения компьютерной модели:

    1) построение алгоритма решения задачи и его кодирования на одном из языков программирования;

    2) построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (табличный процессор, СУБД и пр.).

            В процессе создания компьютерной модели нужно реализовать интерактивный диалог человека с компьютером.

            Четвёртый этап. Четвёртый этап состоит в правоведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, её нужно запустить на выполнение и получить результат. Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку, поиск данных, построить диаграмму или график и пр.

            Пятый этап. Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов при одних и тех же исходных данных можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или не точности. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причём уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.

    2 Практическая часть

    2.1 Содержательная постановка задачи

    Тело брошено вертикально вверх с некоторой высоты, определить, через какое количество времени тело упадёт на поверхность земли.

    2.2 Качественная описательная модель

    Нужно построить описательную модель с использованием физических объектов понятий и законов. Из условия задачи можно сформулировать следующие основные предположения:

    1. мячик мал по сравнения с Землёй, поэтому его считаем материальной точкой;
    2. изменение высоты мячика мала поэтому ускорение свободного падения можно считать постоянной величиной g=9,8 м/с2 и движение по оси OY можно считать равноускоренным;

    2.3 Формализованная модель

    Брошенный вверх мяч вплоть до высшей точки подъёма движется равнозамедленно, а вниз движется равноускоренно. Но в целом его движение является равнопеременным, так как при движении в вверх и вниз его ускорение остаётся постоянным.

    Для заданных начальных условиях: начальной скорости V0 и высоты бросания H закон движения тела имеет вид:

    Y = H + V0t - gt2/2.

    Промежуток времени, через который тело упадёт на Землю, t складывается из двух интервалов времени: времени подъёма на максимальную высоту t max = V0/g и времени свободного падения с максимальной высоты на землю:

    .


    3 Основная часть

    3.1 Компьютерная модель на языке Turbo Pascal

    3.1.1 Текст программы

    Текст программы на языке Turbo Pascal, где:

    G – ускорение свободного падения, м/сек2;

    V0 -  начальная скорость бросания мячика, м/сек;

    H – высота, с которой брошен мяч, м.

    PROGRAM MYA4IK;

    USES CRT;

    CONST G=9.8;

    VAR V0,H,T:REAL;

    BEGIN

    CLRSCR;

    WRITELN('VVEDITE NA4ALNYU SKOROST -');

    READLN(V0);

    WRITELN('VVEDITE NA4ALNYU VYSOTY - ');

    READLN(H);

    T:=V0/G+SQRT(2/G*(H+SQR(V0)/(2*G)));

    WRITELN('VREMYA - ',T:5:2);

    READKEY;

    END.

    3.1.2 Анализ результатов

    Анализ результатов показывает что, при начальных данных V0=20 м/с, H=20 м, мячик упадёт на землю через 4.91 секунды:

    Высота

    Начальная скорость

    G

    Время

    20

    20

    9,8

    4,91

    3.2.1 Компьютерная модель в электронных таблицах

    Преобразуем формальную модель в компьютерную с использованием электронных таблиц Excel.

    Выделим в таблице определённые ячейки для ввода значений начальной скорости V0 (B2), высота мишени Н (А2). Для подсчёта промежутка времени, через которое мячик упадёт на землю, используется формула:

    =B2/C2+КОРЕНЬ(2/C2*(A2+B2^2/(2*C2))).

    3.2.2 Визуализация модели

    Для визуализации модели движения тела, брошенного вертикально вверх с некоторой высоты, построим график зависимости координаты Y от координаты X, т.е. траекторию движения тела.

    h

    v0

    y

    y0

    t

    g

    20

    20

    0

    0

    0

    9,8

     

     

    3,804

     

    0,2

     

     

     

    7,216

     

    0,4

     

     

     

    10,236

     

    0,6

     

     

     

    12,864

     

    0,8

     

     

     

    15,1

     

    1

     

     

     

    16,944

     

    1,2

     

     

     

    18,396

     

    1,4

     

     

     

    19,456

     

    1,6

     

     

     

    20,124

     

    1,8

     

     

     

    20,4

     

    2

     

     

     

    20,284

     

    2,2

     

     

     

    19,776

     

    2,4

     

     

     

    18,876

     

    2,6

     

     

     

    17,584

     

    2,8

     

     

     

    15,9

     

    3

     

    Рисунок 1 – График зависимости высоты мячика над землей от времени

    3.2.3 Исследование модели в электронных таблицах

    Исследуем модель и определим с заданной точностью 0,2 сек. диапазона изменения времени, падения мячика на землю, при бросании его вертикально вверх со скоростью V0 c высоты H при помощи метода подбора параметра для начальных данных:

    Vo

    20

    m/c

    H

    20

    m

    g

    9,8

    m/c2

    t

    6

    c

    h

    -36,4

     

    Вычисляем высоту мячика над Землей по формуле:

    =J28+J27*J30-J29*J30^2/2.

    Устанавливаем в ячейке для значения высоты h=0 (падение на землю), изменяя значения для времени t:

    Vo

    20,00

    m/c

    H

    20,00

    m

    g

    9,80

    m/c2

    t

    4,91

    c

    h

    0,00

     

    3.2.4 Анализ результатов

    Исследование компьютерной модели в электронных таблицах показало, что падение мячика произойдет через 4,91 секунды.


    Заключение

    С учетом точности вычислений при исходных данных V0=20 м/с, и высоте h=20 м падение мячика произойдёт через 4,91 секунды, что подтверждается при исследовании компьютерной модели на языке программирования Turbo Pascal и при электронных таблицах.


    По теме: методические разработки, презентации и конспекты

    Календарь истории вычислительной техники

    Основные даты по месяцам в области развития вычислительной техники...

    ПЛАН РАБОТЫ кабинета/лаборатории ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА № кабинета/лаборатории ___17_______ Уфимского колледжа статистики, информатики и вычислительной техники на 2013-2014 учебный год Заведующий кабинетом/лабораторией КИСЕЛЁВА М.В.

    ПЛАН РАБОТЫкабинета/лаборатории ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА№ кабинета/лаборатории ___17_______  Уфимского колледжа статистики, информатики и вычислительной техникина 2013-2014 учебный год...

    ПЛАН РАБОТЫ ПРЕДМЕТНО-ЦИКЛОВОЙ КОМИССИИ Уфимского колледжа статистики, информатики и вычислительной техники на 2013-2014 учебный год Наименование предметно-цикловой комиссии экономических дисциплин и ЗИО Ф.И.О. председателя цикловой комиссии Киселёва

    ПЛАН РАБОТЫ ПРЕДМЕТНО-ЦИКЛОВОЙ КОМИССИИУфимского колледжа статистики, информатики и вычислительной техникина 2013-2014 учебный год  Наименование предметно-цикловой комиссии экономических дис...

    История развития вычислительной техники

    Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Более 1500 лет тому назад для счет...

    Рабочая программа учебной дисциплины "Периферийные устройства вычислительной техники" по специальности 230101 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

    Рабочая программа составлена в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 230101 Вычислительные машины, комплексы, системы и се...

    Рабочая тетрадь по дисциплине "Вычислительная техника. Основы компьютерной техники."

    Рабочая тетрадь является своего рода помощником преподавателя. Студенты заполняют терадь по мере изучения материала на лекциях по дисциплине "Вычислительная техника. Основы компьютерной техники....

    Презентация "Информатика и вычислительная техника"

    Презентация "Информатика и вычислительная техника"...