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物理仿真实验室--实例


“金科华仿真实验室”中学物理仿真实验

运动学与力学部分 运动学与力学部分(学习实例) 部分

一、仿真实验初步 例 1:平抛运动 : 实验目的: 实验目的: 1.熟悉金科华“仿真物理实验室”界面和使用; 2.初步学会金科华用“仿真物理实验室”制作物理课件的一般方 法。 3.能制作如下图所示的一个小球 “平抛运动”的仿真实验,并 将其转换为课件。

实验方法与步骤: 实验方法与步骤: 1.启动金科华的“仿真物理实验室” 。 2.“新建”实验区, “设置”实验区的坐标尺寸(为 10 米)“设 ,

置” 实验区的环境参数 (重力加速度: 9.8m/s2,最小扫描时间: 0.0001s, 每脉冲扫描次数:100 次) 。 3.添加运动对象(小球) ,设置小球的的质量(1mk) 、半径(1m) 、 水平方向的初速度(Vx=20m/s) 。 4.单击“运行”按钮,小球开始做平抛运动;配合使用“暂停” 和“停止”按钮,便于实验的观察。 5.获取实验数据: 方法一: “闪照” 利用 功能输出实验数据。 “闪照” (5s) 设置 周期 , 选择“进行闪照处理”和“闪照时间显示” ,以及选择“闪照高级设 置”中的“Vx 分量值”“Vy 分量值”“速度矢量”和“加速度矢量” 、 、 , 重复步骤 4。 方法二:利用“实时数据输出”获取实验数据。单击“实时数据 输出”按钮,设置“运动对象 1”小球为实时数据输出对象,设置实 验区环境参数“暂停时刻”的时间(1s) ,重复步骤 4。 6.使用“创建模版”添加单行“动态注释” (平抛运动) ,设置其 字体、字号和颜色等文字修饰。 7.“保存”仿真实验(仿真实验例 1-平抛运动.exp) ,再分别将 其保存为“图片”“动画” 、 “编译成可执行文件”和“生成网页课件” 等文件。 实验小结: (制作过程总结) 实验小结: 1.新建一个实验项目,根据具体的实验要求,确定坐标的位置, 并设置坐标的比例; 2.点击工具栏上的“设”按钮 ,在“实验设置”对话框中对实 验的大环境和一些参数进行设置。 3.从创建模板中, 选择器件, 放在实验区中, 并设置它们的属性; 4.恰当的使用各种的数据输出的方法; 5.运行课件,调整参数。

例 2:单摆 : 实验目的: 实验目的: 1.制作如下入所示的“单摆”仿真实验; 2.学会使用“实验数据曲线”测量实验数据。

实验方法与步骤: 实验方法与步骤: 1.启动金科华的“仿真物理实验室” 。 2.“新建”实验区, “设置”实验区的坐标尺寸(为 10 米)“设 , 2 置” 实验区的环境参数 (重力加速度: 9.8m/s ,最小扫描时间: 0.001s, 每脉冲扫描次数:100 次) 。 3.添加运动对象 (小球) 设置小球的的质量 , (10kg) 半径 、 (1m) 、 初位移(X=25.5m,Y=32.3m) 、水平方向的初速度(Vx=5m/s) ,在“动 态显示高级设置”中,选中“显示速度矢量”和“加速度矢量” 。 4.添加“悬挂细绳” ,设置固定端坐标 X(25.5m) 、Y(0m)和摆 长(32.3m) 。 5.单击“运行”按钮,小球开始做单摆运动;配合使用“暂停” 和“停止”按钮,便于实验的观察。

6. 使用“实验数据曲线”工具测量实验数据。打开“实验数据 曲线”对话框,进行“对象设置” (选择“运动对象 1” )和“坐标” 设置(起始时刻=0s,终止时刻=25s,纵坐标变量为位移 X、起始值 =0m、比例=10,横坐标变量为时间 T,起始值=0s、比例=5) ,以及“时 域设置” (起始时刻=0s、终止时刻=25s) 。单击“运行”按钮,配合 “暂停”和“停止”按钮,开始测量数据。 数据测量:改变摆长,在“实验数据曲线”的单摆振动图中读出 振幅的 X 坐标值、振幅△X 和周期 Tn,填入下表中。 摆长 L(m) 振幅 X(m) 振幅△X(m) 周期 Tn(s)
T = 2π L g

10 m

m

32.3 m

m

m

测量误差δ 平均误差σ 7.计算误差:根据单摆周期公式 T = 2π
L 计算各摆长的周期,在 g

计 算 其 周 期 的 测 量 误 差 δ = T -Tn , 最 后 计 算 其 平 均 测 量 误 差
σ = 1 n ∑ δi ,并将计算值填入上表中。 i =1
n

8. “保存”仿真实验(仿真实验例 2-单摆.exp) ,再分别将其 保存为“图片”“动画” 、 “编译成可执行文件”和“生成网页课件” 等文件。 实验小结: 实验小结: 小结 (制作过程总结) 1.新建一个实验项目, 根据具体的实验要求, 设置实验环境参数。 2.添加单摆球体和摆线,并进行参数设置。 3.设置“实验数据曲线”中的参数,便于实验数据测量; 4.改变单摆的摆长,测量不同摆长下单摆的周期; 5.实验数据记录与计算; 6.保存仿真实验,以及生成各种类型的课件。

例 3:研究胡克定律 : 实验目的: 实验目的: 1.制作如下入所示的“胡克定律”仿真实验; 2. 初步学习变量和程序在《仿真物理实验室》中的使用。

实验方法与步骤: 实验方法与步骤: 1.“新建”实验区, “设置”实验区的坐标尺寸(为 0.5 米)“设 , 置”实验区的环境参数(最小扫描时间:0.0001s,每脉冲扫描次数: 100 次) 。 2.添加运动对象 (小球) 设置小球的质量 , (1kg) 半径 、 (0.05m) 、 初位移(X=0.8m,Y=0m) ,在“动态显示高级设置”中,选中“显示 弹簧的弹力” 。 3.添加“悬挂弹簧” ,设置固定端坐标 X(0m) 、Y(0m)和原长 (1m) 、倔强系数(100N/m) 。 4. 在小球的“运动对象设置”窗体中设置 x 位移和 y 位移“为 参数定义变量”x 和 y。 5. 在“变量编辑器”窗体中定义几个相关的变量如下:

“d”用于表示小球到坐标原点的距离; “dl”表示弹簧的伸长; 变量“f”表示弹簧的弹力。 6. 在“程序编辑器”窗体。输入以下程序:

7. 用动态注释,把程序中的计算结果在实验区中输出。创建两 个“注释设置”对话筐,分别输入以下注释: “弹簧伸长 = {dl} 米” ,

“弹簧弹力 = 弹簧的伸长*倔强系数 = {f} 牛顿” 。 8. 单击“运行”按钮,小球开始做简谐振动;配合使用“暂停” 和“停止”按钮,便于观察实验现象和输出的数据。 9.“保存”仿真实验(仿真实验例 3-研究胡克定律.exp) ,再分 别将其保存为“图片”“编译成可执行文件”和“生成网页课件”等 、 文件。 实验小结: (制作过程总结) 实验小结: 通过这个例子的学习,初步学会在《仿真物理实验室》中使用变 量和程序的方法。

例 4:摩擦力 : 实验目的: 实验目的: 1.制作如下入所示的“摩擦力”仿真实验; 2.学会使用“变量曲线”在仿真物理实验中获取数据的方法。

实验方法与步骤: 实验方法与步骤: 1.“新建”实验区, “设置”实验区的坐标尺寸(为 0.5 米)“设 , 2 置” 实验区的环境参数 (重力加速度: 9.8m/s ,最小扫描时间: 0.0005s, 每脉冲扫描次数:100 次) 。 2.添加“平板” ,设置固定端坐标 X(1.5m) 、Y(0.5m) ,其它如 图所示。 3.添加运动对象“滑块” ,其设置如图,在滑块的“参数定义变 量”中将 “速度 Vx 分量”设置为 vx。 4. 添加“变量曲线” ,设置“横坐标比例” (0.2)“纵坐标比例” , (1)“曲线 1”的 X 为 t(时间轴) 为 vx(速度轴) , ,Y 。 5.使用“程序编辑器”编辑“系统时钟事件”代码如下:
判断 1:如果( vx=0 )则执行 暂停

结束判断 1

6. 单击“运行”按钮,滑块开始做匀减速直线运动;配合使用 “暂停”和“停止”按钮,便于观察实验现象和输出的数据。 7.“保存”仿真实验(仿真实验例 4-摩擦力.exp) ,再分别将其 保存为“图片”“编译成可执行文件”和“生成网页课件”等文件。 、 实验小结: (制作过程总结) 实验小结: 通过这个例子的学习, 初步学会在 《仿真物理实验室》 中使用 “变 量曲线”输出和测量数据。

例 5:匀速直线运动 : 实验目的: 实验目的: 1.制作如下所示的“匀速直线运动”仿真实验; 2.学会使用“背景图”和“运动对象的贴图”的使用方法; 3.学会用“辅助点”改变运动对象参数的方法。

实验方法与步骤: 实验方法与步骤: 1.“新建”实验区, “设置”实验区的坐标尺寸(为 10 米) “放 , 置底图”如上图所示,实验区的环境参数(最小扫描时间:0.0001s, 每脉冲扫描次数:100 次) 。 2.添加“运动对象” ,设置固定端坐标 X(-10m) 、Y(9m) ,并具 有初速度 Vx=5 米/秒, “使用贴图”如上图所示。在“参数定义变量” 中将 “位移 X 分量”设为 x, “速度 Vx 分量”设为 v。 4. 在“变量编辑器”中“添加”变量 a(汽车初始位置)和 xa (汽车行驶路程) 。 5.在“程序编辑器中”输入如下语句: 判断 1:如果(a>x)则执行

a=x 结束判断 1 xa=x-a 6.添加“动态注释”为“汽车行驶的速度={v}米/秒,距离={xa} 米,时间={t}秒。。 ” 7.添加“辅助点” 其设置如右 , 图所示(注:用鼠标拖动辅助点的 矢量箭头,可以改变该矢量相关联 的变量的值变化,这里就是改变汽 车的速度) 。 8. 单击“运行”按钮,汽车开始做匀减速直线运动;配合使用 “暂停”和“停止”按钮,便于观察实验现象和输出的数据。 9.“保存”仿真实验(仿真实验例 5-匀速直线运动.exp) ,再分 别将其保存为“图片”“编译成可执行文件”和“生成网页课件”等 、 文件。 实验小结: 实验小结: 小结 (制作过程总结) 通过这个例子的学习, 学会使用 “背景图” 和运动对象的 “贴图” 来创建实验情境,初步学会在《仿真物理实验室》中使用“辅助点” 调节运动对象的某个变量或参数值,使其课件具有更好的交互性。


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