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电学仿真实验室--实例


“金科华仿真实验室”中学物理仿真实验 金科华仿真实验室”

电学部分(学习实例) 电学部分

一. “金科华仿真实验室”电学模块简介 《仿真物理实验室》电学部分提供了中学电学实验环境的电源、 电阻、仪表、开关、输出、其它等六大类电子元件,数十种具体的电 子元件。可以应用这些电子元件,搭建中学电学的实验电路。如:串 联与并联电路的连接、用伏安法测试电阻、测量路端电压、用惠斯通 电桥精确测量电阻、用电磁继电器实现对电路的简单控制、研究电磁 感应现象。此外,还提供了,灯泡、电铃等元件,让使用者设计的电 路生动活泼。 《仿真物理实验室》电学部分的界面如下: 在主菜单的下面是工具栏;界面中间的区域是实验区;竖直的窗

体是器件箱,里面有电源、电阻、仪表、开关、输出、其他等七大类 数十种的电学实验元件。 用《仿真物理实验室》电学搭建电路十分简单。只要从器件箱中 取出电路元件,把它们放在实验区中;然后用导线把它们根据电路的 要求连接起来就可以了。 《仿真物理实验室》电学还有电路错误提示功能。例如:若实验 者不小心把电池的两端直接用导线连接了起来,这样电池就被短路 了,软件中会自动的发现这一错误,并弹出警告,如实验实例中的例 1。

二、实验实例 例 1.用伏特表直接测量干电池的电压 . 实验电路: 实验电路:如图 1 所示。 实验步骤: 实验步骤:
图 1 测量电池电压的电路

1. 点击工具栏上的“新建”按钮,新建一个实验。 2. 用鼠标在器件箱中点击电源类中的干电池, 然后再在实验区中 点击一下鼠标,这样这个干电池就被放在实验区中了。 3. 用同样的方法,把一个指针式的伏特表也摆放在实验区中。 4. 用导线把这两个器件连接起来。 在每个器件上都有对应的端点 可以连接导线。在《仿真物理实验室》电学部分中用“+”表示可以 连接的端点。 连接导线的方法为:先用鼠标点击一下要接导线的端点“+” ,

然后松开鼠标,再在另一个需要连接的端点上点击一下鼠标,这样这 两个端点就通过导线连接起来了。如果在连接导线中,在实验区的空 白位置点击鼠标,就会在点击鼠标处安置一个导线的折弯点。导线连 接后,折弯点可以被鼠标拖动。 5.和真实的实验一样,导线连上后,伏特表就立刻显示出了干 电池两端的电压。

例 2.测量电阻的阻值 . 实验电路: 实验电路:如图 2 所示。 实验步骤: 实验步骤:
图 2 测量电阻的电路

1. 从器件箱中分别选择所需的实验器件,把它们放在实验区中。 2. 然后设置一些器件的参数。先用鼠标右键点中对应的实验器 件,在弹出的菜单中选择“属性” ,就进入了对应的属性设置对话筐。 在这个实验中,把定值电阻的阻值设置成 2 欧姆。设置滑动变阻器的 总电阻为 10 欧姆。设置干电池组电池的节数为 4 节,内阻为 0 欧姆, 这样它就是个理想的电压源了。 3. 使用导线把这些器件根据电学原理连接起来,如图 2 所示。 4. 用鼠标双击单刀单掷开关的下半部,就可以把开关闭合了。这 时安培表和伏特表上显示出了它们所测量的电流和电压。 滑动变阻器 的滑片是可以拖动的,用鼠标左键按住滑片不放,左右滑动鼠标,就 可以改变滑片的位置了。

5 点击工具栏上的 “显示电流方向”按钮,还可以在导线上显 示出电流的运行方向。点击工具栏上的 “实物图/符号图”按钮就可 以在实物图与符号图之间相互转换。

例 3.保险丝的作用 . 实验电路:如图 3 所示。 实验电路: 实验步骤: 实验步骤: 1. 在这个实验中要使
图 3 保险丝的作用实验电

用到干电池一个、 单刀单掷开关一个、 滑动变阻器一个、 保险丝一只、 安培表一个。首先从器件箱中选出这些器件,把他们放在实验区中。 2. 设置滑动变阻器的总阻值为 5 欧姆。 把滑片滑到最左边的位置 上。设置保险丝的最大允许电流为 1 安培。 3. 合上开关。把滑动变阻器的滑片向右缓慢移动,同时注意安培 表上显示的电流。当通过保险丝的电流超过 1 安培时,保险丝就熔断 了。熔断的保险丝可以被修复。要修复时,先把开关断开,然后用鼠 标右键选中熔断了的保险丝, 在弹出的菜单中选择 “修复” 就可以了。

例 4.楼道灯电路 . 实验电路: 实验电路:如图 4 所示。 实验步骤: 实验步骤:

1. 实验需用到无限电源一个、单刀双掷开关两个、灯泡一只。首 先把需要使用到的器件放在实验区中。 2. 设置无限电源的电压为 200 伏特。设置灯泡的额定电压为 200 伏特,额定功率为 100 瓦特,允许的最大电流为 1 安培。 3. 按照图 4 所示把电路连接起来。

图 4 楼道灯电路

4.现在就可以用两个单刀双掷开关来自由的控制楼道灯了。用鼠 标双击单刀双掷开关的上半部分就可以打开电键, 双击左下部分就把 电键拨到左边,双击右下部分就把电键拨到右边。

例 5.直流电动机 .直流电动 实验电路: 实验电路:如图 5 所示。

图 5 直流发电机电路

实验步骤: 实验步骤: 在这个实验中,需要用一个蓄电池组来驱动一个直流电动机。在 《仿真物理实验室——电学》中,电动机与发电机都是以原理模型的 方式表现出来的。 1.首先从器件箱中取出一个蓄电池组、一个直流电动机、一个滑 动变阻器和一个开关器件。按图 7 将电路连接起来。 2.设置滑动变阻器的阻值,并将滑片移动到其电阻值最大的位 置,这时闭合开关直流电动机就开始转动了。 3.还可以把正负极颠倒一下再连接上直流电动机,这时直流电动 机就会以相反的方向转动了。

例 6.磁铁插入线圈产生感生电动势 . 实验电路: 实验电路:如图 6 所示。 实验步骤: 实验步骤:
图 6 线圈产生电动势电路

1.在这个实验中,需要使用到一个灵敏电流计和一个“线圈与磁 铁器件” 。从器件箱中选出这两个器件,把它们放在实验区中。然后 参照图 5 用导线把它们连接起来。

2.用鼠标点中磁铁,上下移动鼠标,在灵敏电流计上就可以看出 因感应电动势而产生的电流了。 3.用鼠标的右键点击线圈,在弹出的菜单中选择属性就可以弹出 “线圈与磁铁”的对话筐了。你可以选择不同的线圈绕线方式和磁铁 的方向及强弱。

例 7.金属杆切割磁力线模型 . 实验电路: 实验电路:如图 7-1 所示。
图 7-1 金属杆切割磁力线模型电

实验步骤: 实验步骤: 1.在这个实验中,要使用到“切割磁力线”模型。从器件箱中, 选择这个模型。并设置它的参数:磁场方向、磁感应强度、金属杆的 长度、 金属杆的速度、 有效电阻等参数。 并选中 “显示金属杆的速度” 和“金属杆受到的安培力” 。 2.使这个切割磁力线的器件形成一个闭合回路,用导线把线框 的两个接头连接起来。因为有了电流,金属杆受到了安培力的作用。

3.还也可以来直接测量因金属杆切割磁力线而在线框上产生的 电压,电路如图 7-2 所示。

图 7-2 测量切割磁力线因力杆上的电压的

三、生成课件 《仿真物理实验室》与其它的多媒体课件制作工具不同,她完全 从物理学科的角度出发, 实验者和课件制作者所要考虑的是物理学的 本身而不用太多考虑计算机方面的东西。 首先在大脑中构件一个物理 模型, 然后用 《仿真物理实验室》 提供的器件把它搭建出来就可以了。 例如做“伏安法测量电阻的阻值”的实验,运行《仿真物理实验室》 的电路模块,首先新建一个实验;然后添置实验的器件,按照测量电 路的模型连接电路,这样就可以运行实验了。 在《仿真物理实验室》各个模块中,如:主模块(包含力学、运 动及动力学等内容)部分、光学部分和电学部分,包含了力学、直线 运动、运动定律、曲线运动、万有引力定律、机械能、动量、机械振

动、带电粒子在电磁场中的运动等章节的内容。为实验者和课件制作 者提供了大量的器件,供使用者任意的搭建,组合物理模型。实验中 的数据可以实时输出。主模块中还有变量和程序的功能,更随心所预 的制作优秀的课件。 例如:使用“保存”命令,可将当前仿真实验保存为仿真实验的 原文件*.ele,可重新打开编辑。使用“保存为图片”命令、 “输出动 画”命令、 “编译成可执行文件”命令和“生成网络课件”命令,将 其保存为图片、视频动画、exe 文件和网页课件等多种课件文件。 请尝试将 “伏安法测量电阻的阻值”仿真实验保存为“测量电 阻的阻值.ele”文件,以及生成可执行文件和网络课件。然后分别执 行导出的可执行文件和网络课件。


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