Курсовая робота
по дисциплине «Алгоритмические языки»
на тему:
Расчет изменения напряженности поля движущейся заряженной частицы
План
1. Постановка задачи.
2. Таблица символических имен.
3. Блок-схемы главной функции main и других функций, которые вызываются из main.
4. Текст программы на языке Си. Результаты в виде таблиц и графиков.
Вывод.
Список использованной литературы.
1.
Постановка задачи
Описать массив структур из 3-х элементов. Каждая структура объединяет данные для одного варианта расчета.
Необходимо для каждого варианта на отрезке времени от 0 до T с шагом ∆t построить график изменения напряженности поля движущейся заряженной частицы. Её величина определяется выражением:
где
e – заряд частицы;
v – скорость;
α – угол между направлением скорости и прямой, проведенной от частицы в данную точку поля.
α =π/2
Заряд частицы и скорость её движения изменяются во времени:
Здесь:
e0
, k0
, с – заданные константы.
v0
, r – заданные константы.
Исходные данные считывать из файла. Результаты расчетов занести в другой файл. Предусмотреть отдельные функции для вычисления k, e, v.
Исходные данные:
1. Вариант №1
T
=
1 c
∆
t
=
0.05 c
e
0
=
1*10-9
к
k
0
=
0.01
с=
0,1
v
0
=
1000 м/с
r=
2
R=
0,001 м
2. Вариант №2
T
=
1 c
∆
t
=
0.05 c
e
0
=
1*10-9
к
k
0
=
0.01
с=
0,1
v
0
=
1200 м/с
r=
1,5
R=
0,002м
3. Вариант №3
T
=
1 c
∆
t
=
0.05 c
e
0
=
1*10-9
к
k
0
=
0.01
с=
0,1
v
0
=
1500 м/с
r=
0,7
R=
0,003м
2.
Таблица символических
имен
| Глобальные переменные | |
| N | Количество вариантов, результаты которых необходимо вычислить. |
| T | Врем я окончания эксперимента. Исчисляется в секундах. |
| dt | Шаг, с которым изменяется время. |
| e0 | Заданные константы. |
| k0 | |
| c | |
| v0 | |
| r | |
| R | |
| mas[N] | Массив структур, в котором хранятся заданные константы. |
| *ptt | Массив указателей на значения времени t. |
| *pHH | Массив указателей на значения функции H. |
| N_[N] | Массив, в котором мы храним длины массивов. |
| Функция main | |
| i | Временные переменные. Счетчики. |
| l | |
| j | |
| e | Заряд частицы. С её помощью вычисляется H. |
| v | Скорость частицы. С её помощью вычисляется H. |
| H | Напряженность поля движущейся частицы. |
| alfa | Угол между направлением скорости и прямой, проведенной от частицы в данную точку поля.α=∏/2 |
| t | Время. |
| res | Файл, в который заносятся результаты эксперимента. |
| Функция chtenie_dannih | |
| a[] | Массив структур, который нужно прочитать из файла. |
| i | Временная переменная. Счетчик. |
| f | Файл с исходными данными. |
| Функция eee | |
| k0 | Заданные константы. |
| c | |
| e0 | |
| t | Время. |
| T | Время окончания эксперимента. |
| k | Параметр, от которого зависит заряд частицы и который изменяется во времени. |
| res_e | Заряд частицы в текущее время t. Временная переменная. |
| Функция kkk | |
| k0 | Заданные константы. |
| c | |
| t | Время. |
| T | Время окончания эксперимента. |
| res_k | Значение параметра k текущее время t. Временная переменная. |
| Функция vvv | |
| v0 | Заданные константы. |
| r | |
| t | Время. |
| T | Время окончания эксперимента. |
| res_v | Скорость движения частицы в текущее время t. Временная переменная. |
| Функция vivod_grafikov | |
| xmax | Максимальная ширина графика. |
| ymax | Максимальная высота графика. |
| xmin | Отступы от краёв экрана. |
| ymin | |
| x_tek | Текущие координаты. |
| y_tek | |
| x_pred | Предыдущие координаты. |
| y_pred | |
| i | Временная переменная. Счетчик. |
| st[20] | Строка символов. Временная переменная. |
| minH | Минимальное значение функции Н. |
| maxH | Максимальное значение функции Н. |
3.
Блок-схемы главной функции main и других функций, которые вызываются из main
1. Функция main.
2. Функция chtenie_dannih.
3. Функция eee.
4. Функция kkk.
5. Функция vvv.
6. Функция vivod_grafikov.
4.
Текст программы на языке Си. Результаты в виде таблиц и графиков
Текст программы на языке Си.
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <alloc.h>
#include <conio.h>
#include <graphics.h>
#define N 3
struct variant
{
double T;
double dt;
double e0;
double k0;
double c;
double v0;
double r;
double R;
} mas[N];
double*ptt[N];
double*pHH[N];
int N_[N];
void chtenie_dannih(struct variant a[]);
double eee(double k0,double c,double e0,double t,double T);
double kkk(double k0,double c,double t,double T);
double vvv(double v0,double r,double t,double T);
void vivod_grafikov(int a,double*ptt,double*pHH,int N_);
//---------------------------------------------------------------------------
void main()
{
FILE *res;
int i,l,j;
double e,v,H,t;
double alfa=M_PI/2;
res=fopen("result.txt","w");
clrscr();
chtenie_dannih(mas);//s4itivaem dannie
puts("Vvedite, pogalyista, vawe ljubimoe chislo:");
scanf("%f",&H);
//tabyliryem fynkciju
for(i=0;i<N;i++)
{
N_[i]=((int)(mas[i].T/mas[i].dt))+2;
ptt[i]=(double*)malloc(N_[i]*sizeof(double));
pHH[i]=(double*)malloc(N_[i]*sizeof(double));
for(t=0,l=0;t<=mas[i].T+1e-5;t+=mas[i].dt,l++)
{
e=eee(mas[i].k0,mas[i].c,mas[i].e0,t,mas[i].T);
v=vvv(mas[i].v0,mas[i].r,t,mas[i].T);
H=e*v*sin(alfa)/pow(mas[i].R,2.0);
ptt[i][l]=t;
pHH[i][l]=H;
fprintf(res,"H(%lf)=%lfn",t,H);
}
N_[i]=l;
fprintf(res,"n");
}
fclose(res);
fflush(stdin);
//vivodim grafiki
for(i=0;i<N;i++)
{
vivod_grafikov(i,ptt[i],pHH[i],N_[i]);
getchar();
}
}
//---------------------------------------------------------------------------
void chtenie_dannih(struct variant a[])
{
int i;
FILE*f = fopen("ish.txt","r");
for(i=0;i<N;i++)
{
fscanf(f,"%lf",&a[i].T);
fscanf(f,"%lf",&a[i].dt);
fscanf(f,"%lf",&a[i].e0);
fscanf(f,"%lf",&a[i].k0);
fscanf(f,"%lf",&a[i].c);
fscanf(f,"%lf",&a[i].v0);
fscanf(f,"%lf",&a[i].r);
fscanf(f,"%lf",&a[i].R);
}
fclose(f);
}
//---------------------------------------------------------------------------
double eee(double k0,double c,double e0,double t,double T)
{
double k=kkk(k0,c,t,T);
double res_e;
if(t<=T/4)
res_e=e0*(1-exp(-k*t));
else
res_e=e0*(1-exp(-k*T/4));
return res_e;
}
//---------------------------------------------------------------------------
double kkk(double k0,double c,double t,double T)
{
double res_k;
if(t<=T/8)
res_k=k0*(1+exp(-c*t));
else
res_k=k0*(1+exp(-c*T/8));
return res_k;
}
//---------------------------------------------------------------------------
double vvv(double v0,double r,double t,double T)
{
double res_v;
if(t<=T/2)
res_v=v0*(1+exp(-r*t));
else
res_v=v0*(1+exp(-r*T/2));
return res_v;
}
//---------------------------------------------------------------------------
void vivod_grafikov(int a,double*ptt,double*pHH,int N_)
{
int gdriver = DETECT, gmode, errorcode;
int xmax,ymax;//maksimalnie koordinatu x - shir, y - visota
int xmin,ymin;//otstupi ot kraev
int x_tek,y_tek;//tekushie koordinati
int x_pred,y_pred;//predidushie koordinati
int i;
char st[20];
double minH,maxH;//krajnie znachenija H
initgraph(&gdriver, &gmode, "f:turbocppbgi");
//ystanavlivaem otstypi ot kraev
xmin = 85;
ymin = 15;
//ystanavlivaem maksimalnie koordinati x i y
xmax = getmaxx()-20;
ymax = getmaxy()-20;
//nahodim maksimalnoe i minimalnoe H
maxH = minH = pHH[0];
for(i=0;i<N_;i++)
{
minH = (pHH[i]<minH)?pHH[i]:minH;
maxH = (pHH[i]>maxH)?pHH[i]:maxH;
}
//zalivaem fon
setfillstyle(SOLID_FILL,7);
bar(0,0,getmaxx(),getmaxy());
//vivodim nomer varianta
setcolor(2);
sprintf(st,"Variant No %d",a+1);
outtextxy(0,4,st);
//4ertim osi
setcolor(0);
line(xmin,ymin,xmin,ymax);//os' oy
line(xmin,ymax,xmax,ymax);//os' ox
//risyem strelo4ki
line(xmin,ymin,xmin+3,ymin+5); // Y
line(xmin,ymin,xmin-3,ymin+5); // Y /
line(xmax,ymax,xmax-5,ymax-3); // X
line(xmax,ymax,xmax-5,ymax+3); // X /
//podpisivaem osi
setcolor(6);
outtextxy(xmin+6,ymin,"H");
outtextxy(xmax,ymax-10,"t");
//4ertim i podpisivaem delenija po osi oy
setcolor(0);
settextstyle(SMALL_FONT,HORIZ_DIR,4);
for(y_tek=ymax-20;y_tek>ymin+10;y_tek-= 20)
{
line(xmin-2,y_tek,xmin+2,y_tek);
sprintf(st,"%0.5lf",maxH-(y_tek-ymin)*(maxH-minH)/(ymax-ymin));
outtextxy(xmin-70,y_tek-6,st);
}
//
for(i=0;i<N_;i++)
{
x_tek=xmin+((ptt[i]-ptt[0])*(xmax-xmin)/(ptt[N_-1]-ptt[0]));
line(x_tek,ymax-2,x_tek,ymax+2);
if(i%3==0)
{
sprintf(st,"%0.2lf",ptt[0]+(x_tek-xmin)*(ptt[N_-1]-ptt[0])/(xmax-xmin));
outtextxy(x_tek-3,ymax+4,st);
}
}
//risyem grafik
setcolor(1);
x_pred=xmin;
y_pred=ymax;
for(i=0;i<N_;i++)
{
x_tek=xmin+((ptt[i]-ptt[0])*(xmax-xmin)/(ptt[N_-1]-ptt[0]));
y_tek=(int)((pHH[i]-minH)*(ymax-ymin)/(maxH-minH));
y_tek=ymax-y_tek;
line(x_pred,y_pred,x_tek,y_tek);
x_pred=x_tek;
y_pred=y_tek;
}
}
Результаты в виде таблиц и графиков.
-1-й вариант
Исходные данные:
T
=
1 c
∆
t
=
0.05 c
e
0
=
1*10-9
к
k
0
=
0.01
с=
0,1
v
0
=
1000 м/с
r=
2
R=0,001 м
Результаты программы:
H(0.000000)=0.000000
H(0.050000)=0.001899
H(0.100000)=0.003616
H(0.150000)=0.005182
H(0.200000)=0.006627
H(0.250000)=0.007963
H(0.300000)=0.007677
H(0.350000)=0.007418
H(0.400000)=0.007184
H(0.450000)=0.006972
H(0.500000)=0.006780
H(0.550000)=0.006780
H(0.600000)=0.006780
H(0.650000)=0.006780
H(0.700000)=0.006780
H(0.750000)=0.006780
H(0.800000)=0.006780
H(0.850000)=0.006780
H(0.900000)=0.006780
H(0.950000)=0.006780
H(1.000000)=0.006780
Результаты в Excel:
| t | k | e | v | H |
| 0 | 0,02 | 0 | 2000 | 0 |
| 0,05 | 0,019950125 | 0,0000000000010 | 1904,837 | 0,001899 |
| 0,1 | 0,019900498 | 0,0000000000020 | 1818,731 | 0,003616 |
| 0,15 | 0,019875778 | 0,0000000000030 | 1740,818 | 0,005182 |
| 0,2 | 0,019875778 | 0,0000000000040 | 1670,32 | 0,006627 |
| 0,25 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1606,531 | 0,007963 |
| 0,3 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1548,812 | 0,007677 |
| 0,35 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1496,585 | 0,007418 |
| 0,4 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1449,329 | 0,007184 |
| 0,45 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1406,57 | 0,006972 |
| 0,5 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,55 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,6 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,65 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,7 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,75 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,8 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,85 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,9 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 0,95 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
| 1 | 0,019875778 | 0,0000000000050 | 1367,879 | 0,00678 |
-2-й вариант
Исходные данные:
T
=
1 c
∆
t
=
0.05 c
e
0
=
1*10-9
к
k
0
=
0.01
с=
0,1
v
0
=
1200 м/с
r=
1,5
R=
0,002м
Результаты программы:
H(0.000000)=0.000000
H(0.050000)=0.000577
H(0.100000)=0.001110
H(0.150000)=0.001606
H(0.200000)=0.002072
H(0.250000)=0.002509
H(0.300000)=0.002435
H(0.350000)=0.002367
H(0.400000)=0.002303
H(0.450000)=0.002244
H(0.500000)=0.002189
H(0.550000)=0.002189
H(0.600000)=0.002189
H(0.650000)=0.002189
H(0.700000)=0.002189
H(0.750000)=0.002189
H(0.800000)=0.002189
H(0.850000)=0.002189
H(0.900000)=0.002189
H(0.950000)=0.002189
H(1.000000)=0.002189
Результаты в Excel:
| T | k | e | v | H |
| 0 | 0,02 | 0 | 2400 | 0 |
| 0,05 | 0,019950125 | 0,00000000000100 | 2313,292 | 0,000577 |
| 0,1 | 0,019900498 | 0,00000000000199 | 2232,85 | 0,00111 |
| 0,15 | 0,019875778 | 0,00000000000298 | 2158,219 | 0,001606 |
| 0,2 | 0,019875778 | 0,00000000000397 | 2088,982 | 0,002072 |
| 0,25 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 2024,747 | 0,002509 |
| 0,3 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1965,154 | 0,002435 |
| 0,35 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1909,866 | 0,002367 |
| 0,4 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1858,574 | 0,002303 |
| 0,45 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1810,988 | 0,002244 |
| 0,5 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,55 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,6 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,65 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,7 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,75 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,8 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,85 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,9 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 0,95 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
| 1 | 0,019875778 | 0,00000000000496 | 1766,84 | 0,002189 |
-3-й вариант
Исходные данные:
T
=
1 c
∆
t
=
0.05 c
e
0
=
1*10-9
к
k
0
=
0.01
с=
0,1
v
0
=
1500 м/с
r=
0,7
R=0,003 м
Результаты программы:
H(0.000000)=0.000000
H(0.050000)=0.000327
H(0.100000)=0.000640
H(0.150000)=0.000943
H(0.200000)=0.001236
H(0.250000)=0.001520
H(0.300000)=0.001496
H(0.350000)=0.001473
H(0.400000)=0.001450
H(0.450000)=0.001429
H(0.500000)=0.001408
H(0.550000)=0.001408
H(0.600000)=0.001408
H(0.650000)=0.001408
H(0.700000)=0.001408
H(0.750000)=0.001408
H(0.800000)=0.001408
H(0.850000)=0.001408
H(0.900000)=0.001408
H(0.950000)=0.001408
H(1.000000)=0.001408
Результаты в Excel:
| t | k | e | v | H |
| 0 | 0,02 | 0 | 3000 | 0 |
| 0,05 | 0,019950125 | 0,000000000000997 | 2948,408 | 0,000327 |
| 0,1 | 0,019900498 | 0,000000000001988 | 2898,591 | 0,00064 |
| 0,15 | 0,019875778 | 0,000000000002977 | 2850,487 | 0,000943 |
| 0,2 | 0,019875778 | 0,000000000003967 | 2804,037 | 0,001236 |
| 0,25 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2759,186 | 0,00152 |
| 0,3 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2715,876 | 0,001496 |
| 0,35 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2674,057 | 0,001473 |
| 0,4 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2633,676 | 0,00145 |
| 0,45 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2594,683 | 0,001429 |
| 0,5 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,55 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,6 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,65 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,7 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,75 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,8 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,85 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,9 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 0,95 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
| 1 | 0,019875778 | 0,000000000004957 | 2557,032 | 0,001408 |
Выводы
Выполняя курсовую работу, разработан алгоритм программы на языке Си, которая вычисляет и рисует график изменения напряженности поля движущейся заряженной частицы на интервале времени [0,T].
Результаты программы заносятся в файл «RESULT.txt».
Работоспособность алгоритма и программы проверена на контрольных примерах.
Список использованной литературы
1. «Язык программирования Cи» 2-е изд. М.: «Вильямс»
Керниган Б., Ритчи Д.
2. «Полный справочник по C» 4-е изд. М.: «Вильямс»
Шилдт Г.
3. «Программирование на языке Cи» 3-е изд. М.: «Вильямс»
Кочан С.