學生課堂指引

混合槽:平滑曲線就可信?

符合解析解能檢查甚麼,又有甚麼尚未驗證?

50 分鐘 · 建模入門 · 二人合作

教師參考

開始前

導數、單位、Python 函式及陣列。這是原約 150 分鐘工坊的 50 分鐘入門片段,並非完成整個工坊。

充分混合槽是自訂教學系統,沒有實測設備、混合驗證或工廠安全結果。

一節課次序

  1. 5 分鐘

    預測長期濃度

    畫出 20 L 槽:每分鐘流入 2 L、入口 10 g/L;同量流出,反應 0.05/min,初始濃度 0。濃度會達 10 g/L 嗎?

  2. 10 分鐘

    寫假設,平衡質量

    寫「累積等於流入減流出減反應」。解釋體積不變及出口濃度等於槽內濃度的條件,再核對單位。

  3. 10 分鐘

    先手算兩步,再實作

    按下列初值問題手算兩步 Euler;按平衡式完成 student_model 及 student_euler 更新。

    y′=−y,y(0)=1,h=0.1y'=-y,\qquad y(0)=1,\qquad h=0.1
    yn+1=yn+h f(tn,yn)y_{n+1}=y_n+h\,f(t_n,y_n)
  4. 15 分鐘

    執行、改一項條件、細化

    先執行預設,再把反應率設為每分鐘 0.2。回復預設物理參數,把時間步減半至 0.25 分鐘。記下自己運行的誤差與檢查,包括失敗;有時間可試零反應。

  5. 5 分鐘

    分開兩種證據

    符合解析解說明甚麼?提出一項可挑戰充分混合假設的示蹤觀測。

  6. 5 分鐘

    留下簡短證據紀錄

    寫一項結果、一項檢查及一項限制。回答離堂題,匯出原工坊草稿 JSON 或報告;不要把整個工坊標為完成。

手動套用的設定

此表格只更新本課堂頁及分享連結,不會把設定載入活動或改變已存草稿。

流量 Q(L/min)
2
體積 V(L)
20
反應 k(1/min)
0.05
入口濃度(g/L)
10
初始濃度(g/L)
0
時間步(min)
0.5
實驗種子
2026
全部比較設定

預設平衡式

流量 Q(L/min)
2
體積 V(L)
20
反應 k(1/min)
0.05
入口濃度(g/L)
10
初始濃度(g/L)
0
時間步(min)
0.5
實驗種子
2026

沒有反應

流量 Q(L/min)
2
體積 V(L)
20
反應 k(1/min)
0
入口濃度(g/L)
10
初始濃度(g/L)
0
時間步(min)
0.5
實驗種子
2026

較強反應

流量 Q(L/min)
2
體積 V(L)
20
反應 k(1/min)
0.2
入口濃度(g/L)
10
初始濃度(g/L)
0
時間步(min)
0.5
實驗種子
2026

預設物理參數,步長減半

流量 Q(L/min)
2
體積 V(L)
20
反應 k(1/min)
0.05
入口濃度(g/L)
10
初始濃度(g/L)
0
時間步(min)
0.25
實驗種子
2026

開啟原活動

工坊提供英文及繁體中文。

  1. 開啟工坊,使用任務、Python 與結果面板。
  2. 手動輸入下列設定,執行前保留預測。開啟連結不會載入預設或重設已存草稿。
  3. 準備好才啟動 Python。執行前完成 student_model 及 student_euler;未完成的起始函式預期未能通過檢查。
開啟 混合槽工坊
裝置/Python 載入失敗時

按「啟動 Python」才從 jsDelivr 下載科學運算環境,請課前測試網絡。載入失敗時可用已標示的預先生成參照及參照 CSV/notebook;這些不是學生自己的運行。執行 notebook 需要裝有 NumPy、SciPy、Matplotlib 的 Python。

預先生成參照 CSV · 參照 notebook

留下這些證據

  • 附單位及三項假設的質量平衡式;兩個 Euler 手算值。
  • 實際運行或明示參照、步長比較及一項限制;可用時由原工坊匯出。

沿用原工坊的草稿 JSON 匯出/匯入及報告。草稿只留在此瀏覽器,課堂頁不讀寫它。儲存不可用時,工坊會標明僅限工作階段並提供匯出;換裝置前請先匯出。

離堂問題

數值曲線符合解析曲線,能否證明真實槽體充分混合?還需要甚麼證據?

可列印工作紙

可在列印版填寫或另外做筆記。本頁不儲存答案;數碼紀錄請沿用原活動。

我的預測與系統邊界:

平衡式/單位/假設:

兩個 Euler 手算值與更新式:

設定/實際運行或參照/誤差/失敗檢查:

一項結果、一項檢查、一項限制與離堂回答:

來源與延伸閱讀

次序取自 workshop-01「混合槽:從系統邊界到守恆」v1.0.0 及現有練習、參照資產。50 分鐘是入門編排;無量綱化、失效實驗與長篇寫作仍留在完整工坊。

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