仿真物理实验室教材

仿真物理实验室从入门到精通

1.《仿真物理实验室》简介

《仿真物理实验室》是南京金华科软件有限公司自主开发的具有世界先进水平的物理教学软件平台。软件可以运行在win95、win98、window2000、NT等操作系统中。

《仿真物理实验室》是面向中学，针对物理学科进行设计的，她把物理定律内置在软件中，与学科紧密结合。她操作简单，交互性强。是物理教师得力的课件制作工具，优秀的物理课堂教学平台，和学生的探索性学习平台。

《仿真物理实验室》为您提供了一个实验器具完备的综合性实验室，供您任意驰骋，您可以亲自动手创建您所能想象的所有实验和物理模型。现在《仿真物理实验室》有三个部分：主模块（包含力学、运动及动力学等内容）部分、光学部分和电学部分。

基本函概了中学物理中80%的内容。每个部分都为您提供了充分的物理器件和物理环境。您只需要搭建器件，并设置器件的属性就能完成您所想的创作。例如：运动及动力学中的自由落体运动、平抛运动、单摆、人造地球卫星、带电粒子在磁场中的圆周运动等；光学中的平面镜反射、介质对光线的折射和全反射、凸透镜成像等；电学中的串联与并联电路、伏安法测电阻等。用《仿真物理实验室》创建的物理模型不但可以向您展示动画，更可以为您提供多样的实验实时数据。您还可以使用辅助分析工具，对实

验数据进行分析。

《仿真物理实验室》的操作非常简单。用她来制作物理课件，一般不会超过十分钟，有些简单的课件，例如：平抛运动，几乎花一分钟就可以完成。无论是教师制作课件、物理课堂上的现场应用、学生用于探索性的学习，《仿真物理实验室》都是一个不可多得的好工具。

《仿真物理实验室》推出后，受到了广大一线教师和学生的高度评价。2001年1月软件通过了由，全国中小学计算机教育研究中心组织的鉴定，并得到了中心的推荐。很多教师利用她来制作课件并用于课堂，使物理课堂更加丰富活泼；更有教师在引导学生利用软件进行自主的学习。《仿真物理实验室》在广大教师的关心和帮助下，正在成为中学物理学科的专业化，标准化的教学平台。

2.软件的总体创作概念和制作课件的思路

《仿真物理实验室》与其它的多媒体课件制作工具不同，她完全从物理学科的角度出发，您所要考虑的是物理学的本身而不用太多考虑计算机方面的东西。首先在大脑中构件一个物理模型，然后用《仿真物理实验室》为您提供的器件把它搭建出来就可以了。例如做一个自由落体的实验，运行《仿真物理实验室》的主模块，首先新建一个实验；然后确定坐标的位置，设置比例尺；再放上一个运动对象，最后再设置“考虑重力的作用”，这

样就可以运行实验了。

《仿真物理实验室》的电学部分和光学部分也是这样的。您只要在实验区中摆放和连接相关的实验器件就可以了。例如在光学部分中做一个平行光经凸透镜会聚的例子，您首先在实验区中放一个凸透镜，然后再在凸透镜前放上一束光线，再按下动态运行按钮，光路图就自动的绘制出来了。

3.从入门到精通

现在，您已经大概的了解了《仿真物理实验室》，下面我们将通过一起制作若干的例子来加深对软件的了解，并最终精通《仿真物理实验室》。

《仿真物理实验室》由三个部分组成：主模块（包含力学、运动及动力学等内容）部分、光学部分和电学部分。我们将逐个的由浅入深的进行讲述。

（1）主模块

这是《仿真物理实验室》的主体部分。函概的范围比较广泛，包含了力学、直线运动、运动定律、曲线运动、万有

引力定律、机械能、动量、机械振动、带电粒子在电磁场中

的运动等章节的内容。主模块中为您提供了大量的器件，供

您任意的搭建，组合物理模型。实验中的数据可以实时输出。

主模块中还有变量和程序的功能，更能让您随心所预的制作

优秀的课件。

《仿真物理实验室》主模块的界面如下：

在主菜单的下面是工具栏；界面中间的区域是实验区；竖直的窗体是创建模板，里面有很多的实验器件。用《仿真物理实验室》制作课件，主要的工作就是从创建模板中选择器件，把它们放置在实验区中，并设置它们的属性。

工具栏的按钮功能如下：

现在您可能还不太清楚，这些按钮的具体用途。不要着急，下面我们就来开始做一个简单的例子。通过这个例子您将更加了解《仿真物理实验室》，并初步学会她的使用。一．先来做一个简单的例子，例1 平抛运动

这是中学物理中一个典型的实验和物理模型。也是教学中的重点。我们这就开始：

1．点击工具栏上的新建按钮，或从主菜单中点击[文件] [新建]。这时在实验区中，出现了一个十字交叉线，并且跟随着鼠标一起移动。这个十字交叉线就是实验中的坐标，首先我们要确定把这个坐标原点放在什么位置上。在这个实验中，我们让小球从实验区的左上方开始水平向右抛出，所以就把坐标原点放在靠近左上方的位置。在实验区的左上方点击一下鼠标左键。

2．这时弹出了“坐标比例设置”窗体。

在这个窗体中，我们要根据具体的实验给这个坐标设置一个比例尺。在这个平抛运动的例子中，我们设置那样

的屏幕距离为10米。按确定按钮。提示:在做平抛运动时，设置成10比较合适，在大尺度，如地球卫星中，1e7比较合适，在小尺度，如原子模型中，1e-8比较合适。请根据具体实验场景的大小选择适当的比例。3．现在实验的坐标已经确定了。在实验区的右边弹出了一个竖直的窗体，这就是“创建模板”。在创建模板中您可以看到很多的实验器件。在这个实验中我们需要一个

“运动对象”。在创建模板中点击一下

按钮。再在实验区中点击一下鼠标左键。这样就把这个运动对象放置在了实验区中。请您注意界面下方状态栏中的提示，她会给你实时的帮助。

4．这时弹出了“运动对象设置”窗体。

在这个窗体中，我们对这个运动对象进行设置。质量：1千克；半径：1米（为了显示时的清楚）；初位移都设置成0；并设置水平方向的初速度vx：15米/秒。再按确定按钮。

5．现在我们看到在实验区中有了一个小球。要让它做平抛运动，还需要在实验环境中考虑重力的作用。点击工具

栏上的按钮。弹出了“实验设置”对话筐，在这个对话筐中我们可以对实验的大环境及一些参数进行设置。在平抛运动的实验中，我们要考虑重力作用，所以选中“考虑重力作用”，然后确定。

6．下面我们就可以运行实验了。用鼠标点击工具栏上的运

行按钮。小球便开始做平抛运动了。

这个简单的例子就完成了。操作确实很简单吧！您可能会觉得这个例子太简单、太枯燥了。好，下面我们就来慢慢的完善这个平抛运动。

对实验的数据进行输出，是《仿真物理实验室》的特有功能之一。如何把运动中各种各样的参数表现出来呢？《仿真物理实验室》提供了多种数据输出的方法。

方法一.利用“实时数据”窗体，动态输出实验数据。如

果实验仍在运行中，点击工具栏上的停止按钮停止实

验。用鼠标点击工具栏上的“实时数据输出”按钮。然后在实验区中点击这个小球。

在弹出的“实时数据输出设置”对话筐中，点击“确定”按钮。再运行实验。实验中运动对象的各种实时数据就从“实时数据”窗体中动态的表现出来了。

方法二.利用运动对象的闪照功能，在闪照时，输出实验数据或矢量。用鼠标右键点击实验区中的那个小球，在弹出

的菜单中选择“属性”。弹出了“运动对象设置”窗体。在窗体的右下方选中“进行闪照处理”，在这个实验中，我们设置“闪照周期”为0.5秒，选中“闪照点显示时间”。再点击“闪照高级设置”按钮。这时会弹出“闪照高级设置”对话筐。

在“闪照高级设置”对话筐中，有位移、速度、加速度、力等各种数值和矢量可供选择输出。黑色的是数值，蓝色的是矢量。在这个实验中，我们选择“Vx分量值”、“Vy分量值”、“速度矢量”和“加速度矢量”。然后确定。再点击“运动对象设置”中的确定按钮。再次运行实验，带有闪照效果的平抛运动课件就做出来了。

方法三.利用“实验数据曲线”窗体输出各种实验参数的曲线，例如：速度随时间的变化的曲线。

方法四.利用变量与程序功能，用单行注释输出数据。

方法五.使用辅助点器件，输出数据或矢量等。

在下面的例子中我们会由浅入深的教会您如何使用这些方法。恰当的使用这些数据输出的方法可以使您做的课件更具专业性和实用性。

您可以对这个平抛运动的课件再进行一些修饰。加入一些注释等。在“创建模板”的最下方，有两种注释可以选择。

一种是动态注释，另一种是多行注释

。动态注释一般用于输出单行的注释，注释中可以带有变量，在实验运行中可以动态的显示出变量的数值，也可以当做按钮来使用。在下面的例子中会具体的说明它的使用。在这个课件中，我们用动态注释来输出一行注释

性的文字。在创建模板中点击一下按钮。再在实验区中要放置注释的位置上点击一下鼠标左键。这样就把这个注释放置在了实验区中。输入一些文字，并选择字体，再按确定按钮。

现在这个课件就制作完成了。您可以把它保存下来，点

击工具栏上的按钮。您也可以把这个课件编译成可以独立运行的可执行程序；或生成网络课件，在IE浏览器中运行；您也可以，把课件插入到word、powerpoint、Authorware 等软件中。在“发布课件”一章中，将具体的说明如何去做。

总结：恭喜您，您已经入门了！通过这个简单课件的制作，您已经学会了用《仿真物理实验室》制作物理课件的一般方法。总的来说制作的过程是这样的：1.新建一个实验项目，根据具体的实验要求，确定坐标的位置，并设置坐标的

比例；2.点击工具栏上的，在“实验设置”对话筐中对实验的大环境，和一些参数进行设置。3.从创建模板中，选择器件，放在实验区中，并设置它们的属性；4.恰当的使用各种的数据输出的方法。5.运行课件，调整参数。

二.《仿真物理实验室》主模块中的器件。

在讲述更多的例子之前，我们将向您介绍主模块中为您提供的各种器件。了解了这些器件的用途后，您就可以更加

灵活的使用它们，用它们来搭建更多的实验和物理模型。

1.运动对象：

运动对象是运动的载体，也是我们研究的对象。

在运动及动力学实验中运动对象是不可缺少的。在自

由落体、平抛运动中它可以作为单纯的质点；在验证

动量守衡的实验中它可以作为有半径的小球；在加速

电场实验、带电粒子在磁场中的运动实验中它又可以

作为带有电荷的粒子。自由设定它的参数，您可以得

到灵活的应用。运动对象可以显示成一个小球，也可

以在运动对象上贴上一幅小图，显示成飞机汽车等。

运动对象的参数设置窗体如下图：

2.滑块：

滑块是只能放在平板或斜面上的运动对象，和平板、斜面配合使用。在同一平板上的滑块之间可以发

生碰撞。滑块还可以放在斜面上。滑块与平板、斜面

之间可以设置摩擦系数。

3.平板：

水平的板，可以在水平方向上滑动。在上面可以放置滑块。平板与地面之间可以设置摩擦系数。

4.斜面：

可以水平滑动的斜面，上面可以放置滑块。斜面的倾斜方向和倾斜角度都可以设置。斜面与地面之间可以设置摩擦系数。

5.辅助点：

辅助点是仿真物理实验室中一个重要的辅助对象。可以在辅助点上动态的显示变量的矢量。它与程序配合使用可以达到十分好的视觉效果与分析效果。

通过绘制辅助点的轨迹，可以展现出任意变量的变化曲线。在一些例子中，将详细的说明它的妙用。

6.点电荷：

点电荷是只带有一定电量的实验器件。实验中它固定不动，对带电的运动对象（例如带电小球、质子、电子等）产生吸引或排斥的力的作用。在研究库仑定律、电力线、电场强度、电势能等的物理模型中都要使用到点电荷。

7.万有引力质心：

万有引力质心只有质量，根据万有引力定律对运动对象产生吸引力。它本身是不会运动的。例如：在人造卫星的实验中，可以用它来模拟地球。在地球绕太阳的运动中，它可以模拟太阳。

8.匀强电场：

匀强电场是实验区中的一个矩形区域，区域中的电场强度处处相等，电场强度可以自由设置，电场方向在0~360的范围内可以任意设置。带有电量的运动对象在匀强电场中将受到电场力的作用。在电场对带电粒子的加速与偏转实验中就要使用到匀强电场。把匀强电场和匀强磁场组合在一起，更可以设计出粒子加速器、荷质比仪等高级的实验设备。

9.匀强磁场：

匀强磁场是实验区中的一个矩形区域，区域中的磁感应强度处处相等，磁感应强度可以自由设置，磁场方向只有垂直向内和垂直向外两种。研究带电粒子在磁场中的运动，就要使用到匀强磁场。

10.阻尼介质：

阻尼介质以设定的计算方法对进入阻尼区域的运动对象产生阻力。在空气中，为什么羽毛下落的比石头慢，在做落体实验时，设置一个阻尼介质可以看出它对运动对象的影响。在弹簧振子的阻尼振荡实验中，也需要阻尼介质。

11.悬挂弹簧：

悬挂弹簧的一端固定，另一端连接一个运动对象，也可以连接滑块。它本身没有质量，具有真实世界弹簧的特性，遵循胡克定律。例如：在研究胡克定律，弹簧振子的实验就中需要使用悬挂弹簧。

12.连接弹簧：

连接弹簧的两端分别连接两个运动对象或滑块。

它没有质量，具有真实世界弹簧的特性，遵循胡克定律。

13.悬挂细绳：

一端固定，另一端连接一个运动对象，具有绳子的特性。制作单摆的物理模型，和制作牛顿摆都需要

使用悬挂细绳。

14.连接细绳：

用于连接两个运动对象，具有绳子的特性。

15.悬挂刚杆：

一端固定，另外一端连接一个运动对象。具有轻质刚杆的特性。

16.连接刚杆：

连接两个运动对象。具有轻质刚杆的特性。

17.直线轨道：

让运动对象穿过直线轨道，小球则会沿着直线轨道运动,轨道上可以设置摩擦系数。直线轨道与圆弧轨道可以相互的连接。在验证动量守恒的实验中轨道的作用显而易见。轨道还可以作为具有弹性的板，小球撞上会反弹回来。轨道对半径为零的运动对象不起作用。

18.圆弧轨道：

它的形状是圆弧形的，其它特性与直线轨道一

样。

19.动态注释：

动态注释，用于在实验区域放置文字和符号，您可以用动态注释来说明和介绍您的实验。您还可以使

用它动态的显示实验中的变量，例如：输入“时间=

{t} 秒”，其中t 为时间变量。运行实验时，就会在

“{t}”的位置上显示出当前的实验时间。动态注释

还可以作为按钮来使用。

20.多行注释：

多行注释以多行的方式显示静态的文字和符号。三．在力学部分中的应用

在这一节中，我们将通过：简单的受力分析、胡克定律、摩擦力这三个例子，讲述《仿真物理实验室》在中学物理力学部分的应用。

例2．简单的受力分析

这个例子的主要目的是让学生对力有一个初步的了解。

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”。您可以不选中“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“动态显示高级设置”按钮，弹出对话筐。

在这个对话筐中，有很多的选项。软件会在实验区，运动对象的位置上动态的显示出被选中的矢量。我们让这个运动对象显示出它所受到的重力矢量。选中“显示重力矢量”，然后确定。

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。接下来我们要使用一根绳子把它给悬挂起来。先在“创建模板”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。您在操作的时候，可以注意窗体下方“状态栏”中的提示。

5.您还可以用多根绳子，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。下图显示的是，小球受到的绳子拉力和重力的作用。

6.下面，我们把一个木块放在一个平板上。首先，从“创

建模板”中创建一个平板，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“创建模板”

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。再设置这个滑块的“动态显示高级设置”，选中“显示支持力”。

7.用与步骤6同样的方法，把一个木块放在一个斜面上。设

置木块的“动态显示高级设置”，让它同时显示，支持力