【正文】 y,HPI(013N5)Z4AFGD ? 現(xiàn)在我們看到在實驗區(qū)中有了一個小球。我們 還需要在實驗環(huán)境中考慮重力的作用。 點擊工具欄上的 按鈕。 彈出 “實驗設置”對話框 ，在這個 對話框 中我們可以對實驗的大環(huán)境及一些 物理常量進行設置。 在 自由落體運動與 平拋運動的實驗中，我們要考慮重力作用，所以 選中“考慮重力作用”，然后 點擊 確定。 ? 下面我們就可以運行實驗了。 用鼠標點擊工具欄上的 “ 運行 ” 按鈕， 小球便開始做 自由落體運動了 。 點擊工具欄上的“停止”按strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD鈕 ，可以停止正在運行的實驗。 ? 接下來，我們要修改小球的屬性，讓它以 15 米 /秒的水平初速度做平拋運動。在實驗停止狀態(tài)下，用鼠標右鍵在實驗區(qū)中點擊那個小球，在彈出的菜單中選擇“屬性”，彈出“運動對象設置”對話框 。我們把運動對象的水平初速度 Vx 設置為 15 米 /秒，然后點擊確定按鈕。再次運行實驗，小球就做平拋運動了。 ? 仿真物理實驗室為用戶提供了多種實驗數(shù)據(jù)顯示方 式。在實驗停止狀態(tài)下，從主菜單中點擊 [運行 ]—— [實時數(shù)據(jù)輸出設置 ]菜單，然后在實驗區(qū)中點擊小球，在彈出的“實時數(shù)據(jù)輸出設置”對話框中點擊確定按鈕，再運行實驗，小球在運動時的數(shù)據(jù)就能被實時的顯示出來。 ? 我們還可以通過閃光照片的方式輸出運動對象的實驗數(shù)據(jù)。 打開運動對象的屬性窗體，用鼠標點取多頁夾中“閃照設置”頁。 如下圖所示： strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD 我們選中“進行閃照處理”選項，并設置閃照周期為 秒，選中“閃照點顯示時間”，在閃照 時 ，軟件不但可以在實驗區(qū)中留下運動對象的照片，而且可以在照片的旁邊同時顯示出運動對象在閃照時 刻的各 種物理量，可以顯示出數(shù)值，或以矢量方式顯示。在這個平拋運動的實驗 中，我們選擇在閃照時刻顯示出小球的“ Vx 分量值”、“ Vy分量值”、“速度矢量”和“加速度矢量”。最后點擊確定按鈕。 ? 再次運行實驗，我們可以看到如下圖所示的閃照效果。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD 通過這個例子， 您已經(jīng)學會了用“仿真物理實驗室 —— 運動及動力學模塊” 制作物理 實驗 的一般方法。 總的來說制作的過程是這樣的： 1.新建一個實驗項目，根據(jù)具體的實驗要求，確定坐標的位置，并設置坐標的比例； 實驗設置按鈕 ，在“實驗設置”對話 框中對實驗的大環(huán)境， 和一些參數(shù)進行設置； “器件箱” 中，選擇器件，放在實驗區(qū)中，并設置它們的屬性； 實驗，修改參數(shù)，研究實驗過程，分析其中的物理規(guī)律 。 采用恰當?shù)?數(shù)據(jù)輸出方式 ，這將有助于您 對 實驗 過程 的分析 。 如果您是一位老師，使用“仿真物理實驗室”輔助您的物理教學，能夠幫助您的學生，提高對物理學的興趣，并引導他們由淺入深的學習物理定律。 如果您是一位學生，“仿真物理實驗室”可以成為您學習物理的玩具， 它在幫助您學習物理的同時，還能提高您的自主能力和探究能力。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD “實驗設置”對話框是“運動及動力學”模塊中 非常重要的對話框。在幾乎所有的實驗制作中，都需要用到這個對話框。 在“實驗設置”對話框中，包括對 實驗室 物理環(huán)境的設置 （功能設置）、物理常量的設置、實驗掃描時間的設置、數(shù)據(jù)輸出有效位數(shù)或小數(shù)位數(shù)設置、矢量顯示設置。 功能設置 “考慮重力作用” 選項： 當選中此選項時，所有的運動對象都將受到地球重力的作用，在自由落體運動、平拋運動，單擺等實驗中，需要選中此選項。有些實驗可以忽略重力的影響，例如帶電粒子的加速與偏轉實驗，就不要選擇此選項。 “考慮運動對象間電荷吸引” 選項： “運動及動力學”模塊提供了點電荷對象， 點電荷對象能對帶有電量的運動對象產(chǎn)生吸引或排斥。同樣由于運動對象本身可以帶有電量，它們之間也能產(chǎn)生靜電力。在有些實驗中，為了避免運動對象之間靜電力的干擾，可以不選擇此選項。軟件在默認狀態(tài)下，不選擇此選項。 “考慮運動對象間萬有引力” 選項： “運動及動力學”模塊提供了萬有引力質(zhì)心對象， 萬有引力 對象能對運動對象產(chǎn)生 萬有引力 。同樣由于運動對象本身 具有質(zhì)量 ，它們之間也能產(chǎn)生 萬有引力 。在有些實驗中，為了避免運動對象之間 的萬有引力 的干擾，可以不選擇此選項。軟件在默認狀態(tài)下，不選擇此選項。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD“考慮運動對象間的碰撞” 選項： 當 選中此選項時，運動對象之間可以像臺球一樣發(fā)生碰撞。不同的碰撞效果，由運動對象屬性中的“彈性系數(shù)”決定。如果兩個運動對象的“彈性系數(shù)”都是 1,那么它們之間的碰撞就是完全彈性碰撞?！皬椥韵禂?shù)”的取值范圍是 [0,1]。軟件在默認狀態(tài)下，不選擇此選項。 “考慮相對論” 選項： 在運動對象可能具有接近光速的實驗中，應該選中“考慮相對論”選項，軟件會根據(jù)相對論方程對粒子的速度和質(zhì)量進行修正。例如，在做螺旋粒子加速器的實驗中，就應該選中此選項。軟件在默認狀態(tài)，不選擇此選項。 “顯示坐標系” 選項： 選中此選項，能在實驗區(qū)中顯示出 參考坐標系。 “顯示坐標格” 選項： 選中此選項，能在實驗區(qū)中顯示出寬大的網(wǎng)格。 “顯示細網(wǎng)格” 選項： 選中此選項，能在實驗區(qū)中顯示出細密的網(wǎng)格。 “加粗線條” 選項： 為了使軟件在進行投影機投影時，具有清晰的顯示效果，可以選中此選項，它將加粗所有的線條寬度。 物理常量設置 “重力加速度” ： 軟件默認的重力加速度為 。用戶可以根據(jù)一些特殊的需要修改重力加速度的值，例如，在教學中為了便于計算，把重力加速度設置為 10。月球上的重力加速度約為地球上的 1/6，如果要在月球上做自由落體運動或平拋運動 的實驗 ，可以把重力加 速度設置為 。 “萬有引力恒量” ： 牛頓萬有引力公式中的 G，它是一個常量，數(shù)值為。 “靜電力恒量” ： 庫倫 定律 中的 k，它是一個常量，數(shù)值為 9e09。 “真空光速” ： 光在真空中傳播的速度，軟件中默認為 3e08。 數(shù)據(jù)輸出設置 “運動及動力學”模塊可以通過“注釋標簽”對象在實驗區(qū)中，動態(tài)的顯示出各種數(shù)據(jù)。有兩種方式可以控制輸出數(shù)據(jù)的格式，按指定的有效位數(shù)輸出數(shù)據(jù)，選中“數(shù)據(jù)輸出有效位數(shù)”選項，并在后面的編輯框中輸入有效位數(shù)；按指定的小數(shù)位數(shù)輸出數(shù)據(jù)，選中“數(shù)據(jù)保留strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD小數(shù)位數(shù)”選項，并在后面 的編輯框中輸入需要保留的小數(shù)點位數(shù)。 實驗最小掃描時間設置 “實驗最小掃描時間” 這是一個十分重要的參數(shù)。它的設定直接關系到實驗的精度和動畫演示的速度。實驗室將以實驗最小掃描時間為計算步長，逐步計算實驗的狀態(tài)，并對計算出的狀態(tài)進行演示。從理論上講，實驗最小掃描時間越小，實驗的精度可能越高；但同時會耗費大量的計算時間，演示的速度也會變慢。在研究宏觀世界中，實驗最小掃描時間可以設定的大一些，而研究微觀世界時，應設定的非常小。例如在自由落體實驗中設定為 秒左右；在地球人造衛(wèi)星實驗中設定為 1 秒左右就可 以了。而在電場對電子的加速與偏轉的實驗中應設定為 1e12 秒左右。在具體制作過程中，可以試著找一個比較合適的數(shù)值。比如說，你覺得實驗運行得太快了，你就可以試著減小這個參數(shù)，同時仿真的精度也高了；如果你覺得實驗運行太慢了，你就可以試著增大這個參數(shù)。 “每脈掃描次數(shù)” 是指在一次封閉的計算中，連續(xù)計算實驗最小掃描時間的次數(shù)。例如：實驗最小掃描時間 是 秒，每脈掃描時間是100，則在演示中以 秒實驗時間為單位進行刷新；一般設定為 100比較合適。 “暫停時刻” 如果把它設置成一個非零的值，軟件將每隔等于此 值的時間暫停一次，以便于分析和研究實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 矢量顯示設置 點擊“矢量顯示設置”按鈕，可以彈出“矢量顯示設置”對話框，如下圖所示。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD 在此對話框中，可以對所有矢量的顏色 、 顯示比例進行設置。 器件 在這一章中 ，我們將介紹“仿真物理實驗室 —— 運動及動力學”模塊中的各種器件和對象。這些器件和對象，是我們 搭建 各種實驗的 基本 材料。 只要我們?nèi)苛私饬诉@些對象，仿真物理實驗室將真正成為您手中 的物理玩具。 運動對象 運動對象是運動的載體，也是我們研究的對象。在運動及動力學實驗 中運動對象是不可缺少的。在自由落體、平拋運動中它可以作為單純的質(zhì)點；在驗證動量守衡的實驗中它可以作為有半徑的小球；在加速電場實驗、帶電粒子在磁場中的運動實驗中它又可以作為帶有電荷的粒子。自由設定它的參數(shù)，您可以得到靈活的應用。運動對象可以顯示成一個小球，也可以在運動對象上貼上一幅小圖，顯示成飛機汽車等。運動對象的參數(shù)設置窗體如下圖 。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD “運動對象設置”對話框，有多頁組成，在“物理屬性”頁面中，可以設置運動對象的基本物理屬性，包括運動對象的質(zhì)量、初位移、初速度、所受外力、所帶電量、彈性系數(shù)等。在“外觀屬性” 頁面中，可以為運動對象選擇顏色，或貼上一幅圖。在“動態(tài)顯示”頁面中，可以設置運動對象在實驗運行時，以矢量的形式顯示各種關于它的物理參數(shù)?！伴W照設置”頁面，控制著運動對象的閃照功能，在前面的平拋運動實驗中，我們已經(jīng)使用了閃照功能。 在“變量列表”頁面中，有軟件為每個運動對象的物理參數(shù)所定義的變量，在后面的高級應用技巧中，我們將詳細介紹變量的應用。 滑塊、平板與斜面 滑塊對象： 滑塊是只能放在平板或斜面上的 特殊 運動對象，和平板、斜面配合使用。在同一平板上的滑塊之間可以發(fā)生碰撞。滑塊還可以放在斜面上 ?；瑝K與平板、斜面之間可以設置摩擦系數(shù)。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD平板對象： 水平的板，可以在水平方向上滑動。在上面可以放置滑塊。 平板與滑塊之間、 平板與地面之間 都 可以設置摩擦系數(shù)。 斜面對象： 可以水平滑動的斜面，上面可以放置滑塊。斜面的傾斜方向和傾斜角度都可以設置。斜面與地面之間可以設置摩擦系數(shù)。 滑塊與平板或斜面可以組成研究動量和動能的雙體系統(tǒng)，典型的模型如下圖所示。 點電荷 （介紹等勢面與電力線的繪制） 點電荷是 僅 帶有一定電量的實驗器件。實驗中它固定不動，對帶電的運動對象（例如帶電小球、質(zhì)子、電子等）產(chǎn)生吸引或排斥的 力的作用。在研究庫侖定律、電力線、電場強度、電勢能等的物理模型中都要使用到點電荷。 “仿真物理實驗室”可以繪制點電荷形成的等勢面和電力線。 首先，我們要在實驗區(qū)中創(chuàng)建至少一個點電荷對象 。點擊主菜單中的 [編輯 ]—— [等勢面 ]菜單項可以在實驗區(qū)中繪制出等勢面；點擊主菜單中的 [編輯 ]—— [電力線 ]菜單項可以在實驗區(qū)中繪制出電力線。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD 兩個點電荷對象形成的等勢面與電力線 萬 有引力 萬有引力質(zhì)心只有質(zhì)量，根據(jù)萬有引力定律對運動對象產(chǎn)生吸引力。它本身是不會運動的。例如：在人造衛(wèi)星的實驗中，可以用它來模擬地球。 在地球繞太陽的運動中，它可以模擬太陽。 勻強電場 勻強電場是實驗區(qū)中的一個矩形區(qū)域，區(qū)域中的電場強度處處相等，電場強度可以自由設置，電場方向在 0~360 度 的范圍內(nèi)可以任意設置。帶有電量的運動對象在勻強電場中將受到電場力的作用。在電場對帶電粒子的加速與偏轉實驗中就要使用到勻強電場。把勻強電場和勻強磁場組合在一起，更可以設計出粒子加速器、荷質(zhì)比儀等高級的實驗設備。 下圖為帶電小球在勻強電場中的加速與偏轉。 strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD 勻強磁場 勻強磁場是實驗區(qū)中的一個矩形區(qū)域 ，區(qū)域中的磁感應強度處處相等，磁感應強度可以自由設置，磁場方向只有垂直向內(nèi)和垂直向外兩種。研究帶電粒子在磁場中的運動，就要使用到勻強磁場。 帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動 阻尼介質(zhì) 阻尼介質(zhì)以設定的計算方法對進入阻尼區(qū)域的運動對象產(chǎn)生阻strengh ofpibly,HPI(013N5)Z4AFGD力。在空氣中，為什么羽毛下落的比石頭慢，在做落體實驗時，設置一個阻尼介質(zhì)可以看出它對運動對象的影響。在彈簧振子的阻尼振蕩實驗中，也需要阻尼介質(zhì)。 彈簧 “ 仿真物理實驗室 —— 運動及動力學”模塊中的彈簧有兩種 ，懸掛彈簧和連接彈簧。 懸掛彈簧的一端固定，另一端連接一個運動對象，也可以連接滑塊。它本身沒有質(zhì)量，具有真實世界彈簧的特性，遵循胡克定律。例如：在研究胡克定律，彈簧振子的實驗就中需要使用懸掛彈簧。 連接彈簧的兩端分別連接兩個運動對象或滑塊。它沒有質(zhì)量，具有真實世界彈簧的特性，遵循胡克定律。 繩子 “運動及動力學”模塊中的繩子有兩種，懸掛細繩和連接細繩。懸掛細繩 一端固定，另一端連接一個運動對象，具有繩子的特性。制作單擺的物理模型，和制作牛頓擺都需要使用懸掛細繩。連接細繩用于連接兩個運動對象，具有繩子 的特性。 剛桿 “