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（学习实例）

一、仿真实验初步

例1：平抛运动

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：

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：利用“闪照”功能输出实验数据。设置“闪照”周期（5s ），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）

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：

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：

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：0.001s, 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。

7. 计算误差:根据单摆周期公式T =2πL 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=∑δi ，并将计算值填入上表中。

i =1n

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：（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：

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：

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）

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：

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：

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（重力加速度：9.8m/s2, 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），Y 为vx （速度轴）。

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）

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：

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：

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：（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。