基于MATLAB平台的量子力学三维图形设计及动..pdf

第 24 卷第 11 期 大 　学 　物 　理 Vol . 24 No . 11 2005 年 11 月 COLL E GE 　PH YSICS Nov . 2005 基于 MATL AB 平台的量子力学三维图形设计 及动画生成工具 邵 　斌 ,贺黎明 (华东理工大学 物理系 ,上海 　200237) 　　摘要 :为了更直观地展示量子力学中的一些静态图景和动态过程 ,我们设计了一个基于 MA TLAB 平台的多达 40 多个界 面 、功能齐全 、服务细致的量子力学三维图形设计及动画生成工具箱. 该工具箱不仅给学生在学习量子力学中提供多样化的 学习手段 ,也能给研究人员在科学计算及其图示化过程中提供直观的认识. 关键词 :量子力学 ;概率密度分布 ;三维图形 ; 图示化技术 中图分类号 :O 4 13 ; TP 39 1 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :100007 12 (2005) 　　量子力学中有许多静态的图景和动态过程 , 单 从方程式和表达式上很难有较为直观的认识 , 而如 果我们用图形和动画方法将它们展示出来 , 则会有 很好的效果. 20 世纪90 年代 ,Brandt 和Dahman [ 1 ] 在 DO S 操作系统下编制完成了量子力学图示化教学软 ( ) 件 interactive quant um mechanics . 随着计算机技术 的发展 , 国内许多作者[2～4 ] 在这方面也做了一些很 好的工作. 我们借鉴了这些工作的成功经验 ,经过精 心计划和有益的尝试 ,开发了这个基于 MA TLAB 平 台的功能较为完善的量子力学三维图形设计及动画 生成工具箱. 本工具箱从最基本的物理方程式出发 , 在数据 的准备 、图形的绘制 、简易动画的制作等过程中提供 了细致周到的服务. 利用 MA TLAB 强大的图形功 能[ 5 ] ,能够绘制所有常用三维图形 ,并可以通过简易 图 1 　量子力学图示化工具主界面 的操作界面对总共多达 200 多个图形的属性进行分 类设定 ,直到生成满意的图形为止. 图 1 是本设计工 区和打开一个类似 Excel 的界面对数据进行编辑等. 具箱的主界面 , 从这里可以看到这些功能是如何实 对于一个普遍的函数 , 工具箱提供的数据生成 现的. 此外 ,在完善图示化的同时我们还提供了许多 模块能够根据函数的字符表达式 , 并通过向导生成 常用的量子力学计算工具函数. 所需要的绘图数据. 但对于量子力学中一些比较特 殊的体系 ,我们还提供了专门的数据生成 、绘图和函 1 　数据的生成 数基本性质研究的图形用户界面. 例如 , 图2 给出了 ( ) 一个专用于氢原子的数据导入和计算的工作界面 , 从主界面 图 1 可以看到 , 我们提供了多种绘 ( ) 图数据生成途径 , 生成的数据将会在主界面上 的 在这里只要输入描写某一状态的量子数 nl m , 工 List box 控件中显示相关变量信息. List box 控件的相 具箱相关函数就能自动生成该状态下的所有有关信 关回调函数提供了一些基本的数据操作功能 , 包括 息. 删减或保存选中的数据 ,将其导入MA TL AB 工作