物理仿真实验
大学物理仿真实验报告-碰撞与动量守恒
大学物理仿真实验报告
实验名称
碰撞与动量守恒
班级：
姓名：
学号：
日期：
碰撞和动量守恒
实验简介
动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。
本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。
实验原理
如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即
（1）
实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有
（2）
对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。
当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v可改成标量
，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。
1．完全弹性碰撞
完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即
大学物理仿真实验报告单摆测重力加速度
大学物理仿真实验报告
——单摆测重力加速度
班级：机械（硕）21
姓名：***
学号：**********
一，实验简介：
单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量
精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法
的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。
二，实验原理：
一根不可伸长的细线，下端悬挂一个小球。当细线质量比小球的质量小很多，而且小球的直径又比细线的长度小很多时，此种装置称为单摆。如果把小球稍
微拉开一定距离，小球在重力作用下可在铅直平面内做往复运动，一个完整的往复
运动所用的时间称为一个周期。当摆动的角度小于5度时，可以证明单摆的周期T
满足下面公式
式中l为单摆长度。单摆长度是指上端悬挂点到球重心之间的距离；g为重力加速度。如果
测量得出周期T、单摆长度l，利用上面式子可计算出当地的重力加速度。
三，实验所用仪器及使用方法：
1，仪器：游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用)
2，使用方法：
1.调节摆线长度:移动鼠标到左边的窗口中调节旋钮上方，点击鼠标左键或右键以
减少或增加摆线长度。减少或增加的幅度可由步长控制。
2.移动直尺: 移动鼠标到右边的小窗口中直尺上方，点击鼠标左键抓取直尺可上
下移动直尺。
3.游标卡尺的操作信息可通过位于窗口下方的提示框获得。提示框内的内容显示
的是根据鼠标放在游标卡尺的不同部件时如何对这些部件操作的信息。
虚拟仿真实验技术应用于物理实验教学的理论与实践研究
虚拟仿真实验技术应用于物理实验教学的理论与实践研
究
1. 引言
1.1 研究背景
虚拟仿真实验技术是一种利用计算机技术和虚拟现实技术模拟真
实实验过程的技术方法。随着信息技术的发展和教育教学理念的更新，虚拟仿真实验技术逐渐在物理实验教学中得到应用，并受到广泛关
注。
传统物理实验教学存在一些问题，例如实验设备昂贵、实验安全
性差、实验环境受限等。而虚拟仿真实验技术可以通过计算机模拟实
验场景，让学生在虚拟环境中进行实验，避免了这些问题的存在。虚
拟仿真实验技术还能够提高实验的可重复性和可控性，增加实验数据
的准确性，为物理实验教学带来了很多便利。
研究虚拟仿真实验技术在物理实验教学中的应用，探讨其优势和
局限性，分析实践案例并展望未来发展，具有重要的理论和实践意义。本文旨在通过系统性的研究，深入探讨虚拟仿真实验技术在物理实验
教学中的应用，为提升物理实验教学质量和效果提供理论支持和实践
指导。
1.2 研究目的
研究目的是通过对虚拟仿真实验技术在物理实验教学中的应用进行深入探讨，分析该技术在提高实验教学效果、拓展实验内容、激发学生学习兴趣等方面的作用和影响，进一步探讨虚拟仿真实验技术在教学中的实际应用情况，总结其优势和局限性，为推动物理实验教学方式的创新和进步提供理论支持和实践指导。借助本研究可以为教育教学部门提供关于虚拟仿真实验技术应用的建议，提高物理实验教学的质量和效益，拓展教学方法和手段，培养学生的实验能力和创新精神，推动教育教学改革和发展。
1.3 研究方法
研究方法是科学研究的核心，是实现研究目的的关键步骤。在本研究中，我们将采用以下研究方法来探讨虚拟仿真实验技术应用于物理实验教学的理论与实践：
物理力学仿真模拟与实验分析探索
物理力学仿真模拟与实验分析探索
物理力学是经典力学的一个分支，研究物体在外力作用下
的运动规律及其相互作用。随着科技的不断发展，物理力学的研究方法也在不断更新，仿真模拟与实验分析成为了物理力学研究中不可或缺的工具。
物理力学仿真模拟是通过计算机模拟和数值计算等技术手段，对物体在力学系统中的行为进行预测和模拟。它可以帮助我们更好地理解物体的运动规律、力的作用效果以及系统的稳定性等问题。仿真模拟可以模拟不同的物理力学模型，包括质点运动、刚体运动、弹簧振子等等。通过改变初始条件和外力等参数，我们可以观察物体的运动趋势、轨迹、力的变化以及其他影响因素。
在物理力学仿真模拟中，受力分析是其中的重要环节。通
过对物体所受的力进行分析，可以确定物体的受力情况及其所受力的大小和方向。力的分析可以帮助我们了解物体运动的原因，并通过合适的力的作用来控制物体的运动。在仿真模拟中，我们可以通过改变物体所受力的大小和方向，来观察物体的运动变化和力的变化趋势，进而深入理解力学规律。
同时，实验分析也是物理力学研究中不可或缺的一部分。通过实验可以直观地观察物体的运动情况，通过测量和数据分析可以得到真实的物理现象和力学规律。实验分析可以验证仿真模拟的理论推导，也可以帮助我们发现未知的物理现象和规律。在实验中，我们可以通过改变实验条件，如改变物体的质量、形状、外力等，来观察其对物体运动的影响，并进一步验证仿真模拟所得到的结果。
更为重要的是，通过将仿真模拟与实验分析相结合，我们可以提高研究的准确性和可信度。仿真模拟具有灵活性和高效性，可以进行大量的计算和探索，但也存在一定的假设和理想化。而实验分析则能够提供真实的物理现象和准确的数据，但实验条件的限制也会存在一定局限性。因此，通过将两者相结合，可以在理论和实践上都达到更好的效果。
虚拟仿真技术在物理实验中的应用
虚拟仿真技术在物理实验中的应用
物理实验是学习物理知识的重要途径之一，然而传统的物理实验存在许多局限性，如设备成本高、安全隐患大、实验课程的限制性等。但是，随着虚拟仿真技术的发展，越来越多的教育机构开始将虚拟仿真技术应用于物理实验教学中，以弥补传统物理实验的不足之处。以下是虚拟仿真技术在物理实验中的应用的相关内容。
一、虚拟仿真技术在物理实验中的应用
1.模拟实验室
模拟实验室是一种通过计算机模拟物理实验操作的方法，将实验室中的操作完全复制到计算机内部，实现对实验进行全方位的模拟和仿真。通过模拟实验室，学生可以在没有物理实验室的情况下进行物理实验，不仅可以提高学生对物理实验的理解，还可以避免因实验操作不当引发的安全问题。
2.三维可视化
三维可视化技术是指在计算机中基于三维空间，采用计算机图形学等技术将物理实验过程模拟生成三维场景，使学生可以利用虚拟环境进行物理实验，达到真实的感受。通过三维可视化技术，学生可以在虚拟环境中自由探索，直观感受物理实验的本质。此外，三维可视化技术可以将抽象的物理概念可视化，实现对物理学概念的良好理解。
3.虚拟实验平台
虚拟实验平台是一种大型的物理实验系统，通过在计算机上模拟物理实验环境，达到实现物理实验过程的目的。虚拟实验平台不仅可以实现物理实验的仿真，还可以实现虚拟硬件的设计和实现。通过虚拟实验平台，学生可以实现基于数学模型的物理实验。
二、虚拟仿真技术在物理实验中的优点
1.简化了实验流程。在传统实验室中，学生需要花费大量时间进行实验操作，而虚拟实验室则可以简化实验操作，使学生更加聚焦于理解实验原理。
物理仿真实验
物理仿真实验报告
——液体表面张力系数的测定实验简介：
液体表层指液体与气体、液体与固体以及不相混合的液体之间的界面。液体表层分子有从液面挤入液体内部的倾向，这使得液体的表面自然收缩，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜，这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。表面张力在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。
测量液体（例如水）的表面张力系数有多种方法，如最大泡压法、平板法（亦称拉普拉斯法）、毛细管法、焦利氏秤法、扭力天平法等。这里只介绍焦利氏秤法。本实验首先利用逐差法测量焦利氏秤弹簧的倔强系数，然后利用拉脱法测量液体的表面张力系数。
实验原理
1、液体分子受力情况
液体表面层中分子的受力情况与液体内部不同。在液体内部，分子在各个方向上受力均匀，合力为零。而在表面层中，由于液面上方气体分子数较少，使得表面层中的分子受到向上的引力小于向下的引力，合力不为零，这个合力垂直于液体表面并指向液体内部，如图1所示。所以，表面层的分子有从液面挤入液体内部的倾向，从而使得液体的表面自然收缩，直到达到动态平衡(即表面层中分
图1 液体分子受力示意图
子挤入液体内部的速率与液体内部分子热运动而达到液面的速率相等)。这时，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜。这种沿着表面，使液面收缩的力称为
表面张力。
想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。
2、 矩形金属框架测量原理
将一表面清洁的矩形金属薄片竖直浸入水中，使其底面水平并轻轻提起。当金属片底面与水面相平，或略高于水面时，由于液体表面张力的作用，金属片的四周将带起一部分水，使水面弯曲，呈图2所示的形状。这时，金属片在竖直方向上受到(1)金属片的重力mg ；(2)向上的拉力F ；(3)水表面对金属片的作用力——表面张力。
大学物理仿真实验报告——碰撞与动量守恒
大学物理仿真实验实验报告
碰撞和动量守恒
班级：信息1401 姓名：龚顺学号：201401010127
【实验目的】：
1 了解气垫导轨的原理，会使用气垫导轨和数字毫秒计进行试验。
2 进一步加深对动量守恒定律的理解，理解动能守恒和动量守恒的守恒条件。
【实验原理】
当一个系统所受和外力为零时，系统的总动量守恒，即有
若参加对心碰撞的两个物体的质量分别为m1和m2 ，碰撞前后的速度分别为V10、V20和V1 、V2。
1，完全弹性碰撞在完全弹性碰撞中，动量和能量均守恒，故有：
取V20=0，联立以上两式有：
动量损失率：
动能损失率：
2，完全非弹性碰撞
碰撞后两物体粘在一起，具有相同的速度，即有：
仍然取V20=0，则有：
动能损失率：
动量损失率：
3，一般非弹性碰撞中
一般非弹性碰撞中，两物体在碰撞后，系统有部分动能损失，定义恢复系数：
两物体碰撞后的分离速度比两物体碰撞前的接近速度即恢复系数。当V20=0时有：
e的大小取决于碰撞物体的材料，其值在0~1之间。它的大小决定了动能损失的大小。
当e=1时，为完全弹性碰撞；e=0时，为完全非弹性碰撞；0<e<1时，为一般非弹性碰撞。动量损失：
动能损失：
【实验仪器】
本实验主要仪器有气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等
【实验内容】
一、气垫导轨调平及数字毫秒计的使用
1、气垫导轨调平
打开气源，放上滑块，观察滑块与轨面两侧的间隙纵向水平调节双支脚螺丝，横向水平调节单支脚，直到滑块在任何位置均保持不动，或做极缓慢的来回滑动为止。动态法调平，滑块上装挡光片，使滑块以缓慢速度先后通过两个相距60cm的光电门，如果滑块通过两光电门的时间差小于1ms，便可认为轨道已经调平。本实验采用动态调节。
高中物理仿真实验--物理探索的利器
仿真实验—物理探索的利器
关键词：物理仿真探索
摘要：本文通过一些实例来介绍一种新的物理分析方法—仿真实验，这种方法能及时、方便、准确地还原物理情景进行各种物理量的分析。
正文：
在物理教学中，时常会遇到一些新的物理情景和一些用语言难以给学生交代清楚的问题，有没有什么方法把新的物理情景形象直观地分析清楚，给学生讲得深入浅出呢？
我们常常通过如下几种途径解决，第一种：实验法，这种方法真实可靠，但是受实验条件等限制。第二种：过程分析和理论计算，这种方法可以很好地培养学生的思维，但是对学生来说难度太大讲起来也比较枯燥，如果是新的物理模型，老师分析的结果还要想法验证，这也不是一件容易的事情。有没有更好的方法呢？有，这就是第三种：物理仿真，这种方法不需要任何实验器材、同时模拟的条件可以任意设定，结果精确直观、同时还可得到你需要的各种图像，如：位置示意图、V-t图等等，不足在于使用者要有计算机和物理的两项基础。
上世纪出现了计算机就逐步出现了各种仿真软件，比较典型的是3DMax，用来模拟建筑效果、制作动画等等。关于物理模拟，前些年也有但是成本太高，主要用在高校等科研院所用来高精度仿真。适用于高中教学，价廉物美又好用的仿真软件是最近几年才出现的。
我用的是《仿真物理实验室V3.5》，这个软件网上有试用版。安装和使用比较简单，自己多实践一下就会了，此处就不再赘述。
案例1：探索弹簧模型的运动规律
〖教学难点〗两个物体运动规律分别是什么？两个球质量不同时运动情景有什么不同？
情景设置：在光滑水平地面上的0和20m的位置上分别放了两个球的，它们间用一个弹簧连接，给红色（左边）球一个10m/s的一个初速度（如下图），分析运动规律。
物理实验技术中的数值模拟与仿真方法
物理实验技术中的数值模拟与仿真方法
在现代物理实验技术中，数值模拟与仿真方法扮演着越来越重要的角色。通过
数值模拟与仿真，科学家们可以在计算机上对实验过程进行全面的预测和分析，从而提供实验设计与优化的指导，大大提高实验效率并降低实验成本。本文将探讨物理实验技术中常用的数值模拟与仿真方法，并分析其中的优缺点。
一、蒙特卡洛方法
蒙特卡洛方法是一种基于随机数的数值模拟方法，被广泛应用于物理领域的实
验技术研究中。该方法通过随机抽样的方式，模拟实验过程中的随机性和不确定性，从而得到实验结果的统计规律。蒙特卡洛方法具有模型简单、适用范围广的优点，可以应用于各种实验现象的模拟与分析。然而，蒙特卡洛方法的计算复杂度较高，需要进行大量的随机模拟与统计计算，计算结果的精确性受到计算资源的限制。二、有限元方法
有限元方法是一种常用的力学仿真方法，通过将实际物理问题离散化为有限数
量的单元，再对每个单元进行求解，得到整体问题的解。有限元方法适用于模拟物体的变形、振动等力学行为，具有计算精度高、适用范围广的优点。然而，有限元方法在处理复杂的边界条件和非线性问题时存在一定困难，并且求解过程需要大量的计算资源。
三、分子动力学方法
分子动力学方法是一种用于模拟分子系统的数值方法，特别适用于研究材料物
性和化学反应等问题。该方法通过建立粒子间的相互作用势函数，并利用牛顿运动定律对粒子的运动进行模拟，从而得到系统的时间演化。分子动力学方法具有模拟精度高、适用于多尺度问题的优点，可以揭示物质微观层面的结构与行为。然而，分子动力学方法在处理大系统和长时间尺度问题时计算量巨大，并且对相互作用势函数的准确性要求较高。
高中物理仿真实验教案
高中物理仿真实验教案
实验目的：通过模拟光线在不同介质中的折射过程，探究光的折射规律。
实验器材：光源、直尺、三棱镜、半圆筒形容器、白纸等。
实验原理：光线从一种介质射入到另一种介质中时，会发生折射现象。根据折射定律可知，入射角和折射角之间的关系可以由下式描述，即$n_1 \cdot \sin \theta_1 = n_2 \cdot \sin
\theta_2$，其中$n_1$和$n_2$分别为两种介质的折射率，$\theta_1$和$\theta_2$分别为
光线在两种介质中的入射角和折射角。
实验步骤：
1. 将光源放置在一定距离外，并调整使其光线直射。
2. 将半圆筒形容器中加满水，放置在光源与直尺之间。
3. 在直尺上标注出不同角度的刻度。
4. 将三棱镜放在水中，使得光线从空气射入水中，观察并测量入射角和折射角。
5. 重复上述步骤，改变入射角度并记录数据。
实验评估：根据实验数据，绘制入射角和折射角的关系图，并与理论值进行比较分析，验
证折射定律的准确性。
拓展实验：可以将实验环境改为不同介质条件下进行光的折射实验，如空气和玻璃的折射
实验，以及不同角度的光线折射实验等。
实验总结：通过本实验，我们深入理解了光的折射规律，加深了对光学知识的理解和掌握，提高了实验操作能力和数据分析能力。
大学物理仿真实验具体操作指导
大学物理仿真实验具体操作指导
示波器的调整和使用
1.主窗口
打开用示波器测时间仿真实验，主窗口如下：
2.正式开始实验
（1）操作界面如下：
（2）测示波器校准信号周期连接示波器CH1和示波器校准信号。校准信号为周期1KHz,峰峰值为4V的对称方波信号。
双击示波器，打开示波器调节界面：
在示波器调节窗口中，左键单击示波器开关，打开示波器，
进行示波器调节和校准。
调节电平旋钮，是信号稳定
调节示波器聚焦旋钮和辉度旋钮使示波器显示屏中的信号清晰，调好后如下图。
调节CH1幅度调节旋钮和CH1幅度微调旋钮，校准信号显现为峰峰值为4V。
调节示波器时间灵敏度旋钮和扫描微调旋钮，校准信号周期显示为1KHz,调好后如下图。
至此，示波器校准结束
（3）正式开始实验
调节示波器时间灵敏度旋钮，使0.1 ms/cm。界面如下：
调节示波器时间灵敏度旋钮，使0.2 ms/cm。界面如下：
调节示波器时间灵敏度旋钮，使0.5 ms/cm。界面如下：
（4）选择信号发生器的对称方波接y输入(幅度和y轴量程任选)，信号频率为200Hz～2kHz(每隔200Hz测一次)，选择示波器合适的时基，测量对应频率的厘米数、周期和频率
首先按照校准CH1的方法对CH2进行校准。
连接示波器CH2和信号发生器
双击实验平台上示波器和信号发生器，打开示波器和信号发生器调节界面
左键单击信号发生器“开关”按钮，打开信号发生器，信号频率为200Hz～2kHz(每隔200Hz测一次)，调节信号频率，波形选择对称方波，选择示波器合适的时基，调节时间灵敏度旋钮，使信号满屏，测量对应频率的厘米数、周期和频率。同时把示波器中的方式拨动开关调到CH2档上
物理仿真实验的研究内容
物理仿真实验的研究内容
物理仿真实验是一种基于计算机技术的实验方法，它通过计算机软件对实验环境进行模拟，从而达到进行实验的效果。物理仿真实验具有许多优点，如节省时间、降低成本、提高实验效率等。下面就介绍一些物理仿真实验的研究内容。
1. 物理仿真实验的基本原理
物理仿真实验的基本原理是利用计算机技术对物理过程进行模拟，从而得到实验结果。物理仿真实验可以分为离散事件仿真和连续事件仿真两种。离散事件仿真是指将物理过程离散化为一些离散事件，通过计算机模拟这些事件的发生和演变来得到实验结果。连续事件仿真则是将物理过程连续化，通过计算机模拟这些连续过程的演变来得到实验结果。
2. 物理仿真实验的应用领域
物理仿真实验的应用领域非常广泛，包括物理学、工程学、地球科学、医学等各个领域。在物理学中，物理仿真实验可以用来研究各种物理现象，如量子力学、相对论等；在工程学中，物理仿真实验可以用来研究各种工程问题，如空气动力学、热力学等；在地球科学中，物理仿真实验可以用来研究地球内部的物理过程，如地震、火山等；在医学中，物理仿真实验可以用来研究人体的各种物理过
程，如心血管系统、呼吸系统等。
3. 物理仿真实验的模拟方法
物理仿真实验的模拟方法包括数值模拟和物理模拟两种。数值模拟是指通过计算机对物理过程进行数值计算，从而得到实验结果。物理模拟则是通过对实验环境进行物理构建，再通过计算机对其进行控制和监测，从而得到实验结果。数值模拟主要适用于离散事件仿真，物理模拟主要适用于连续事件仿真。
4. 物理仿真实验的软件工具
物理仿真实验的软件工具包括MATLAB、COMSOL、ANSYS等。MATLAB是一种基于矩阵运算的高级计算机语言，可以用于各种科学计算，包括数值计算、符号计算、图像处理等。COMSOL是一种基于有限元分析的物理仿真软件，可以用于各种工程问题的模拟和分析。ANSYS是一种基于有限元分析的工程仿真软件，可以用于各种工程问题的模拟和分析。
大学物理仿真实验——霍尔效应
仿真实验（霍尔效应）------
霍尔效应
1目的：
（1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用
（2）测绘霍尔元件的V H —Is Is，，V H —I M 曲线，了解霍尔电势差V H 与霍尔元件工
作电流Is Is，磁场应强度，磁场应强度B 及励磁电流I M 之间的关系。之间的关系。 （3）学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 及磁场分布。及磁场分布。 （4）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
2简单的实验报告简单的实验报告 数据分析数据分析
（1）实验原理
霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如下图向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如下图(1)(1)(1)所示，磁场所示，磁场B 位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流Is Is（称为工作电流），假设（称为工作电流），假设载流子为电子（载流子为电子（N N 型半导体材料），它沿着与电流Is 相反的X 负向运动。由于洛仑兹力f
L
作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的B 侧偏转，并使B 侧形成电子积
累，而相对的A 侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力形成的反向电场力 f E 的作用。随着电荷积累的增加，f E 增大，当两力大小相等（方向
大学物理实验仿真实验实验报告
⼤学物理实验仿真实验实验报告
仿真实验
（单摆测重⼒加速度和单透镜焦距的测定）
引⾔
随着计算机应⽤的普及，在各个应⽤领域都采⽤计算机设计和仿真，在⼤学物理实验课教学中，除了实际操作外还可以进⾏计算机仿真实验，对有些内容采⽤仿真实验也可以起到很好的效果。
⼀、实验⽬的：
1、了解仿真实验特点
2、学会⽤仿真实验完成单摆测重⼒加速度
3、学会⽤仿真实验完成单透镜焦距的测定
⼆、实验仪器：
计算机、仿真软件
三、实验原理
1、单摆的⼯作原理
单摆在摆动过程中，当摆⾓⼩于5度时，其运动为简谐运动，周期
2224L
T g T
π=?=，通过测定摆长L 与T 可测定加速度g 。详细请见：课本240-243页 2、单透镜焦距测定的原理
凸透镜的成像规律为：像的⼤⼩和位置是依照物体离透镜的距离⽽决定的当u f >>时，极远处的物体经过透镜在后焦点附近成缩⼩的倒⽴实像。当u f >时，物体越靠近前焦点，像逐渐远离后焦点且逐渐变⼤。当u f =时，物体位于前焦点，像存在于⽆穷远处。
当u f <时，物体位于前焦点以内，像为正⽴放⼤的虚像，与物体位于同侧，由于虚像点是光线反⽅向延长的交点，因此不能⽤像屏接收，只能通过透镜观察。（１）、⾃准直法测凸透镜的焦距
光路图如下图1所⽰。当物体A 处在凸透镜的焦距平⾯时，物A 上各点发出
的光束，经透镜后成为不同⽅向的平⾏光束。若⽤⼀与主光轴垂直的平⾯镜M 将平⾏光反射回去，则反射光再经透镜后仍会聚焦于透镜的焦平⾯上，此关系就称为⾃准直原理。所成像是⼀个与原物等⼤的倒⽴实像A ′。所以⾃准直法的特点是，物、像在同⼀焦平⾯上。⾃准直法除了⽤于测量透镜焦距外，还是光学仪器调节中常⽤的重要⽅法。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】仿真实验 超声波及其应用实验报告
仿真实验 / 超声波及其应用实验
一、实验目的
（1）了解超声波产生和接收方法；
（2）认识超声脉冲波及其特点；
（3）测量超声波在固体材料中的传播速度和波长；
（4）通过实验了解超声波探伤的基本原理。
二、实验仪器
超声波仪器、数字示波器、铝块、探头、耦合剂瓶子
三、实验原理
1.超声波
超声波是频率在2X104Hz～1012Hz的声波。超声波的波长比一般声波要短，具有较好的各向异性而且能透过不透明物质，这一特性已被用于超声波探伤和超声成像技术。利用超声的机械作用、空化作用，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、去锅垢、清洗、灭菌等。
2.超声波的产生
压电效应：某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生形变，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。
逆压电效应：当一个晶体受电场作用时，其正负离子向相反的方向移动，于是产生了晶体的变形，这一效应是逆压电效应。
,)，其具有压电效压电陶瓷：具有自发极化现象的晶体，如钛酸钡（BaTiCO
3
应和逆压电效应，叫压电陶瓷。
压电晶片：压电陶瓷被加工成平面状，并在正反两面分别镀上银层作为电极，其被称为压电晶片。
当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡，适当选择晶片的厚度可以得到超声波。在晶片的振动过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐减小，因此它发射出的是一个超声波波包，通常称为脉冲波。
3.超声波的传播和接收
超声波在材料内部传播时，与被检对象相互作用发生散射，散射波被同一
压电换能器接收，由于正压效应，振荡的晶片在两极产生振荡的电压，电压被放大后可以用示波器显示。
仿真物理实验室功能
方法/步骤
增强教学效果生动、逼真、立体的表现形式，能让抽象的实验过程浓缩在形象逼真的动画演示中， 教师可结合实际的教学需求，最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势，提高教学效果。
方法/步骤
完成演示实验无法完成的实验辅助教 师进行课堂实验演示：如复杂实验、 危险性实验、极端破坏性实验、反应 周期过长实验、在传统实验室无法完 成的实验等。
方法/步骤
丰富教学形式对于实验室无法完成的 实验，传统实验教学形式单一，只能 通过粉笔+黑板Leabharlann Baidu形式，靠教师一张 嘴进行讲解。而NB物理实验，突破了 实验教学对客观条件的依赖性（如环 境污染、设备缺乏、实验危险性过高 等问题），满足实际的课堂教学需要， 是一种重要的实验教学辅助工具。
方法/步骤
方便高效的器材库重要的物理实验辅 助教与学工具，实验齐全，器材零损 耗，可反复利用，随时随地都可“走 进”实验室。
仿真物理实验室功能
参考资料：仿真实验
仿真实验没有普通意义上实验的必备器材，而是在计算机上用仿真软件模拟现实的效果,用软件 模拟实验条件是一条可行性非常高的路。事实上，很多仿真实验软件早就开发出来了，在很多大 学、全国重点高中、初中也已经应用开来。仿真软件通过图形化界面理论条件与实验过程，同时 运用一定的编程达到模拟现实的效果。主要包括物理仿真实验和化学仿真实验和生物仿真实验三 种。
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大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量
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固体线膨胀系数的测量
一、实验目的
1、测定金属棒的线胀系数
2、学习用光杠杆测量微小伸长的原理和方法
3、创新方法的研究和讨论
二、实验原理
固体的线膨胀系数和体膨胀系数是固体热学特性的重要参数，通常体膨胀系数是线膨胀系数的3倍左右，本实验主要介绍固体线膨胀系数的测量方法。
线膨胀是指材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了△L，则线膨胀系数满足：
则固体线膨胀系数为 ()()k DL
l t t DL b b l 221212=--=α
三、实验仪器
尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计
四、实验内容及步骤
1、在实验界面单击右键选择“开始实验”
2、调节平面镜至竖直状态
3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm （抓图1）
4、单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止（抓图2）
5、单击卷尺，分别测量l、D，（抓图3）
经测得l=62.1mm
经测得D=1885.4mm
6、以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率k （抓图4）
7、代入公式计算线膨胀系数值
A=1.1×10^-5
五、实验数据记录与处理
D/mm 1885.4
l/mm 62.1
a 1.1×10 ^-5
六、思考题
1．对于一对大多数材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？
对大多数材料来说，线胀系数并不是一个常数。即在不同温度区间，材料的线胀系数有或大或小的差别，也就是材料受热胀缩与温度常常不是线性关系
2．你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗？
可以用激光位移传感器，可以测到几微米的位移变化。
3．引起测量误差的主要因素是什么？
温度计的热惯性，升温时实际温度高于读数温度，降温时实际温度低于读数温度，采取了升温，降温同一温度对应的标尺读数n取平均的办法，可消除这种误差。（2）铜棒温度不均匀，中下部温度高，上部温度偏低，温度计所在部位不同，可使测量结果有所不同，由于温度计在中上部，可是测得的线胀系数偏小。（3）光杠杆原理公式具有近似性。
只有当dn很小时才近似成立。