力学仿真软件Interactive physics入门

力学仿真软件Interactive physics入门

无锡市玉祁高级中学肖芝清（214183）

在高中物理课程标准（1）中指出：“将信息技术与物理课程整合，既有利于学生学习物理知识和技能，又有利于培养学生收集信息、处理信息、传递信息的能力”。而Interactive physics是一款仅有不足30M的功能强大而使用简单的优秀的力学仿真软件，它避开了复杂地数学计算，从物理和数学建模入手，制作相关物理形象，设定系统参数、初始状态和力场，仿真结果有多种输出方式，非常值得广大物理教师学习和推广。（2）该软件主要是英文版还可以找到汉化版，为了不适一般性，本文以英文版的interactive physics 2005为例，介绍其基本操作，以抛砖引玉。

从简单的问题开始体验：

展示具有初速度的物体在水平面上滑行的过

程，软件启动后如图（1）所示，是典型的windows

界面，包括左侧的对象栏、上方的菜单栏、工具栏

等。

操作：首先构造水平地面：点击对象“”到

空白区域拉动，就代表地面。如果双击之，就会弹

出属性窗口，可以设置如位置、初速度、质量、摩擦系数、电荷量、弹性系数等重要得参量。但是，本处物体1是当作地面使用，必须锚定。使用“”放置在物体上，就像用钉子钉起来一样可以很方便的固定物体。然后放置物体“”在地面上，双击设置初速度、摩擦系数等产生，然后点击运行按钮“”就可以观察到物体运动的过程了，是不是特简单！

一、关于软件中的物体

如何创建物体？

左侧工具条中有基本的几何体，用来创建各种各样的物体，每一个物体都可以定义重要的物理参数，如属性、外观、指定特殊的约束。如图（2）所示，在左侧工具条上点击“”，在工作区单击并对角地拖曳就可以了。

如何改变物体的属性？

物体将依据自身的特点和属性运行，可以通过Properties属性窗口改变物体的属性。要改变小球的属性，只要单击选中它，再打开Windows菜单，选择Properties项打开对话框，可修改如物体材质、质量、位置、初速度、电荷量、摩擦系数、弹性系数等参数；还有一个简单的方法是只要双击就可以打开Properties对话框。

如何改变物体的外观？

通过Appearance外观窗口改变一个物体的外观，通过调整颜色、填充图案及加入跟踪选项和标注物体，可以使得模型更容易理解，更能被人注意。要改变小球为红色，选择它，打开Windows窗口中的Appearance选项；或者选中后用快捷键“Ctrl+J”打开。

如何改变物体的几何条件？

用坐标栏：单击选择物体，在工作区的左下方会出现（3）如图文本框，输入你想要的位置坐标、半径等就可以了。

用几何窗口Geometry：选中物体后，从Windows下拉菜单中选择Geometry项，在要改变的文本框输入新的值。

用输入控件：选中物体，打开Define定义菜单的New Control项，然后从子菜单中选择你要设置的几何控制条件，如初始x位置Initial X Position，在工作区会出

现如图（4）所示控件，在输入控件中通过滑动条改变或者文本框设

置你要改变的几何条件的值。

如何旋转物体？

选中物体，然后在工具条上单击旋转工具“”,然后在要旋转的中心处拖动鼠标指针到何时的位置即可。

如何锚定物体？

锚定特指将物体固定在背景上，这样它们在运行仿真时就不会动了，如桌子、天花板等就必须锚定。在工具条上单击锚定工具“”，用其在要锚定的物体内部单击，就可以将物体固定在背景上了。如果要取下锚定，先选中物体上的锚标记，用Delete 删除即可。

如何控制碰撞？

默认情况下，软件中的物体相遇时是要发生碰撞的，碰撞类型由相互作用物体的弹性系数较小的决定。如果不需要碰撞，选中这两个物体，然后打开Object菜单选择：Do Not Collide就可以了。

二：关于约束

软件中的约束指的是施加在物体上的力，仿真的轻弹簧、轻绳、轻杆及滑轮模型，以及物体与物体之间的连接，在左侧的工具栏中有相应的工具供直接使用。

力约束：点击“”可以直接在物体上施加力，通过拖动的方法调整表示力矢量大小和方向，或者双击之在对话框中指定具体的值(有直角坐标和极坐标两种方式可用)。

绳约束：点击“”可以创建轻绳，譬如在前面的基础上构造单摆，在小球内单击，然后再其上方的一点单击就好了。在创建好的绳上双击，可以调整其原长和弹性系数。

其他类似，“”是轻杆约束，“”是轻弹簧约束。

滑轮“”的使用方法比较特殊，滑轮系统指的是两端点间有多点牵引，两端点间绳子总长度不变，但端点和系物点间绳长会变化。图（5）a构造了一个定滑轮系以表现阿德武机，图（5）b构造了一个动滑轮系统，表现物体在轻绳上的滑动。具体做法是：在工具栏上单击“”滑轮工具，在适当地方（物体或背景）单击作为起点，接着创建其他点，双击结束最后一个点。滑轮创建后通过双击可以改变其属性。

活结连接和强固连接“”，这两个工具可以将连个物体钉在一起，其中活结连接可以理解为铰链或转轴，利用它们可以构造一些复杂的物理模型。

就像使用钉子一样，首先将两个物体重叠，然后在工具栏中选择合适

的连接，再在物体上单击就完成了。

直狭槽连接“”，可以使物体限制在狭槽内运动，区别是一个可以转动另一种不可以转动，图（6）可以表现水平方向的动量守恒。狭槽被放置

在下面的物体或背景上，上面物体上的点将在狭槽内运动。

有时为了使模型更真实，有时需要隐藏约束，选中约束然后通

过Appearance外观窗口实现。

三、关于矢量

通过显示矢量的方法图示出速度、加速度和力的特征属性。选

中物体后，在Define定义菜单中有Vector矢量子菜单，在其下级菜单中选择要显示的具体矢量类型，运行软件矢量就会显示出来。要取消显示，打开Define定义菜单选择No Vectors即可。如果矢量图示太短，可以通过Define定义菜单选择Vectors Lengths项，通过滑动条调节，或者直接在显示比例里输入数值。

矢量的样式，可以通过Define定义窗口选择 Vectors Display进行，可以选择显示矢量的某一分量，是否显示矢量的名称、值、线宽颜色等等。

四、关于空间环境

软件的空间环境 World ，主要对物体施以力的作用，新建一个文档默认的初始条