结合数值模拟的虚拟仿真大学物理实验开发——以磁控条件实验为例

随着算力提升与技术改进,基于物理规律的、可交互的虚拟仿真大学物理实验成为可能。本工作以磁控条件实验为例,通过求解热电子在径向电场与轴向磁场作用下的运动方程,并结合计算机编程技术,实现了电子轨迹的实时计算;通过实验数据的采集,利用玻尔兹曼拟合函数实现了磁控条件的数值仿真;在仿真实验中集成差分计算功能,将热电子初速度满足麦克斯韦速率分布的验证实验加入教学内容。基于以上技术开发的虚拟仿真实验,不仅能完成现有的实验目标,而且可以直观显示电子径迹,拓宽了磁控条件实验的深度和广度。