制作较为复杂的仿真物理实验室课件

第二节制作力学课件

【实验1】：简单的受力分析

●目的：学会显示矢量，借助仿真实验室分析物体受力情况。

●器件：“运动对象”、“悬挂细线”、“平板”、“斜面”。

●步骤：

1. 运行仿真物理实验室主模块，新建一个实验项目。设置坐标比例为0.5米，确定好坐标系。

2. 点击工具栏上的“”按钮，在“实验设置”对话筐中，选择“考虑重力作用”。不要选中“显示坐标格”，这样，在实验区中将不会显示坐标的网格。

3. 在实验区中，放置一个运动对象，设置质量为1千克，半径为0.04米。点击“运动对象设置”窗体中的“动态显示”按钮，弹出对话筐。选中“显示重力矢量”，然后按“确定”按钮。

图6.10 图6.11

4. 再在实验区中，放置一个运动对象。并设置让它显示出“绳子和刚杆的力”的矢量。接下来要使用一根绳子把它给悬挂起来。先在“器件箱”中点击“悬挂细绳”，然后在实验区中用鼠标点击要被悬挂的运动对象。再在实验区的某个位置上点击一下鼠标，把细绳的另一端，固定在这个位置上。在弹出的“悬挂绳子设置”对话筐中按“确定”按钮。在操作的时候，可以注意窗体下方“状态栏”中的提示。如图6.10所示。

5. 还可以用多根绳子，悬挂一个运动对象。方法和步骤4是一样的。运动对象上显示出的绳子的拉力矢量，是经过力学计算得到的结果。如图

6.11所示。

6. 把一个木块放在一个平板之上。首先，用“器件箱”创建一个平板，放在实验区中。设置它的参数，质量1千克，长1米，高0.1米。再点击“器件箱”中的滑块，用鼠标点击实验区中要放置滑块的那个平板。在弹出的对话筐中，设置滑块质量：1千克，长度、高度都是0.15米。在“动态显示”中选中“显示支持力”。如图6.12所示。

图6.12

7. 用与步骤6同样的方法，把一个木块放在一个斜面上。在木块上点击鼠标右键，在“运动对象窗体”中选择“动态显示”对话筐，选中“显示支持力”、“显示重力矢量”和“显示合外力矢量”，然后按“确定”按钮。

8. 力矢量显示的比例和显示的颜色都是可以设置的。在“实验设置”对话筐中点击“矢量显示设置”按钮，弹出“矢量显示设置”对话筐。

图6.13 图6.14 在这个对话筐中可以对运动对象的速度、加速度和力的矢量比例及颜色进行设置。修改颜色时，先用鼠标点击对应的矩形色块，从弹出的颜色设置对话筐中，选择新的颜色，再按“确定”按钮。

反思：

放在实验区中的各种器件，可以改变位置，也调整它的参数。用鼠标的左键点中实验区中的器件不放，然后拖动鼠标，再送开鼠标左键，器件就被放在了新的位置上。用鼠标的右键点中实验区中的器件，就会弹出一个菜单。点击弹出菜单中的“属性”，就会弹出与器件对应的属性设置窗体，从中可以重新设置它的参数。

受力分析是力学甚至整个物理学的基本技能。如何利用“器件箱”里的“滑块”和“平板”探究静摩擦力的大小？

【实验2】胡克定律

●目的：了解定义变量，了解程序编辑。

●器件：“悬挂弹簧”、“动态显示”、“变量编辑器”、“程序编辑器”、“动态注释”。

●步骤：

这是一个以弹簧为例，讲述胡克定律的课件。制作课件时需要涉及“变量”和“程序”的使用。

图6.15

1. 新建一个实验项目，设置坐标的比例尺为0.5。

2. 设置白色背景颜色。点击“编辑”菜单中的“设置底色”命令，在弹出的颜色对话筐中选择适当的颜色。

3. 设置显示弹簧的弹力。在实验区中放置一个运动对象，设置它的参数为：质量1千克，半径0.05米，位移x=0.8，y=0。在“运动对象设置”窗体的“动态显示”中，选中“显示弹簧的弹力”。

4. 创建弹簧。从器件箱中创建一个“悬挂弹簧”，一端连接这个运动对象，另一端放在坐标的原点上。设置弹簧的倔强系数为100牛/米，原长为1米，作用条件选择“双方向作用”。这时，用鼠标拖动那个运动对象，对象上就显示出了对应的弹簧的弹力。

图6.16

5. 为参数定义变量。为了使课件有较好的数据表达能力，首先要为参数定义变量。在运动对象上点击鼠标右键，选取“属性”命令。在“运动对象设置”窗体中点击“自定义变量”按钮。在弹出的这个窗体中，可以为这个运动对象的各种参数定义变量。定义后的变量可以在程序中使用，也可以用动态注释进行输出。

图6.17

为这个运动对象的位移分别定义为x、y，然后点击“确定”按钮。注意，变量是不能重复的。

6. 用变量编辑器定义新变量。点击“程序”菜单里的“变量编辑器”命令，随之弹出“变量编辑器窗体”。为了计算的方便，还要定义几个相关的变量。

图6.18

在“变量编辑器”的上方，输入“变量名称”、“初始值”，然后按“添加”按钮，这个变量就定义完成了。在这里要定义变量“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。然后点击“关闭”按钮。

7. 用程序编辑器定义弹力f。点击菜单栏“程序”的“程序编辑器”命令，弹出“程序编辑器”窗体。输入以下程序，然后点击“确定”按钮。

d=sqrt(x*x+y*y)

dl=d-1

f=dl*100

图6.19

8. 用动态注释输出弹簧伸长量dl和弹簧弹力大小f。用鼠标左键点击“器件箱”中的“动态注释”，然后再在实验区中点击一下左键，在弹出的“注释设置”对话筐中输入以下注释：“弹簧伸长= {dl} 米”。同样再创建一个“注释设置”，其中输入“弹簧弹力= 弹簧的伸长*倔强系数= {f} 牛顿”。点击“确定”按钮。

图6.20

9. 运行课件。如果觉得运行的太快，可在“实验设置”对话筐中把“实验最小扫描时间”设置成0.0001秒，即可提高计算精度，从而降低运行速度。

【实验3】：匀速直线运动

●目的：绘制底图，使用贴图，绘制实验曲线，制作速度调节棒，制作按钮。

●器件：“使用贴图”、“实验数据曲线”、“辅助点设置”、“动态注释”。

图6.21

●步骤：

1．用绘图软件绘制底图。这幅底图上有蓝天、公路和几棵树。

2．创建坐标系。用仿真物理实验室主模块，新建一个实验项目，设置坐标的比例为10米。把坐标原点放置在实验区偏左的位置上。

3．创建汽车。用鼠标点击“器件箱”中的“运动对象”，然后在实验区点击鼠标左键，创建汽车。在“运动对象设置”窗体“物理属性”中设置：质量1000千克、初位移x=0、并具有初速度Vx=5米/秒。在“运动对象设置”窗体“外观属性”中点击“使用贴图”，然后再点击“加载贴图”按钮，从弹出的打开图片的对话筐中，选择某个汽车图片。软件中自