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

电学部分（学习实例）

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：如图1所示。

实验步骤： 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“+”，图1 测量电池电压的电路

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：如图2所示。

实验步骤： 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。

图2 测量电阻的电路

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：如图4所示。

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。

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

实验电路：如图5所示。

图4 楼道灯电路

图5 直流发电机电路

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：如图6所示。

实验步骤： 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。

图6 线圈产生电动势电路

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：如图7-1所示。

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。

图7-1 金属杆切割磁力线模型电路