12、量子力学与相对论:原理、模拟与应用

量子力学与相对论:原理、模拟与应用

量子力学基础

在量子力学领域,物质展现出波的特性。对于能量为 $E$ 的粒子,其动量 $p$ 和波数 $k$ 满足 $p = \hbar k = \sqrt{2m(E - V)}$,有效折射率 $n \sim \sqrt{1 - V/E}$。当势能 $V$ 发生变化时,会出现反射系数 $R$ 和透射系数 $T$,且 $R + T = 1$。若 $E > V$,势阱中存在振荡解;若 $E < V$,解为衰减指数形式,这种分析方法与光学类似,可直接应用于量子力学。

一维波包的散射与束缚
  • 散射过程 :研究散射需要一个局域化的解来表示“粒子”,量子力学中的“粒子”最好用具有一定波长范围的波包来表示,这样波包才能在空间中局域化。波数的展宽 $dk \sim 1/dx$,空间上更局域化意味着需要更多的波数。由于能量展宽导致的时间展宽为 $dt \sim \hbar/dE$。初始波包即使在没有相互作用的情况下,由于海森堡不确定性原理要求的动量值展宽,也会随时间在空间中扩散。
    以下是使用 MATLAB 求解一维薛定谔方程的代码示例:
% solve 1-d Schroedinger Eq using MATLAB PDE solver, Constant V, well or
% barrier, scattering
% energy in eV units, length in A and time in 10^-15 sec
mec2 = 511000.0; % eV - elect
【四轴飞行器】非线性三自由度四轴飞行器模拟器研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕非线性三自由度四轴飞行器的建模仿真展开,重点介绍了基于Matlab的飞行器动力学模型构建控制系统设计方法。通过对四轴飞行器非线性运动方程的推导,建立其在三维空间中的姿态位置动态模型,并采用数值仿真手段实现飞行器在复杂环境下的行为模拟。文中详细阐述了系统状态方程的构建、控制输入设计以及仿真参数设置,并结合具体代码实现展示了如何对飞行器进行稳定控制轨迹跟踪。此外,文章还提到了多种优化控制策略的应用背景,如模型预测控制、PID控制等,突出了Matlab工具在无人机系统仿真中的强大功能。; 适合人群:具备一定自动控制理论基础Matlab编程能力的高校学生、科研人员及从事无人机系统开发的工程师;尤其适合从事飞行器建模、控制算法研究及相关领域研究的专业人士。; 使用场景及目标:①用于四轴飞行器非线性动力学建模的教学科研实践;②为无人机控制系统设计(如姿态控制、轨迹跟踪)提供仿真验证平台;③支持高级控制算法(如MPC、LQR、PID)的研究对比分析; 阅读建议:建议读者结合文中提到的Matlab代码仿真模型,动手实践飞行器建模控制流程,重点关注动力学方程的实现控制器参数调优,同时可拓展至多自由度或复杂环境下的飞行仿真研究。
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