物理学模拟电子技术的（精选11篇）
物理学模拟电子技术的 篇1
一问题的发现与提出
传统的中学生物理竞赛，其命题规则为：在充分研究中学物理教材的基础上，结合学生的日常习题，适当提高题目的难度和灵活性，着重考查学生的知识掌握、灵活思维与解题能力。但随着时间的推移，今天，在日益倡导中学生素质教育的情况下，单纯的就学生能力考查的物理竞赛题目已远远不能满足要求。当代的物理竞赛题目，结合了先进的仿真模拟技术，在达到传统题目考查学生知识方面的能力后，如何提高学生的素质、如何促使学生的自主性思考、如何加强学生物理修养等都是急需我们思考和解决的问题。
二实证分析
1．某次中学物理竞赛初三组题目“用滑动变阻器控制一盏灯”
在仿真模拟实验室中用一只滑动变阻器控制一盏灯，要求在向同一个方向推动滑动变阻器的过程中，这盏灯由亮逐渐变暗，再由暗逐渐变亮。
器材：2.5V的灯泡1个、滑动变阻器1个、2.5V的电源、开关、导线。
平台：南京金华科仿真物理实验室电学模块。
要求：在试卷上画出电路图，并且简要地对实验原理进行说明。然后在仿真模拟实验室上连接电路进行操作，操作完后请保存所连接的电路。
2．针对题目的评析
针对本题，我想从以下几个方面做评析：(1)仿真模拟实验平台的评析;(2)仿真模拟实验的仿真性。
用金华科仿真物理实验室电学模块打开竞赛任意一个学生的答卷，情况如下：
用一只滑动变阻器控制一盏灯，要求在向一个方向推动滑动变阻器滑臂的过程中，这盏灯由亮逐渐变暗，再逐渐变亮。
器材：2.5V的灯泡1个、滑动变阻器1个、2.5V的电源、开关、导线。
我们暂且不论这位同学答题正确与否，我在对这个仿真模拟平台的操作上，发现其中的元件并没有表明它们本身的工作电压、电流以及功率，题目上要求选择2.5V的灯泡，平台上只提供了一种灯泡，并不知道它的工作电压是否是2.5V。对于电源来讲，也是一样，仿真实验室中提供了几种电源，只有干电池(1.5V)和一个标注9V的电源外，我们不知道其他电源的电压。当实验电路连接好时，如右下图，它的滑动变阻器已经短路，那么在真实物理环境中，这个小灯泡的灯丝就会融化，灯在发出一阵强光后，就会熄灭。但在这个仿真平台上却没有这样的物理情境演示。而且，以上仪器只是像一幅画一样，是不可以操作的。
综上所述，我认为就这个实验平台来说，有几点需要改进：(1)各种物理元件的种类应足，或者对元件的各种参数可以自行编辑;(2)对于设计好的物理实验，可以像编程一样进行调试和运行。我记得在大三学习“数字电路与模拟电路”时，用过一种软件，各种器件很齐全，而且连接好电路时，可以运行。
本题的题目只是一个很简单的电学实验。对题目的评析主要有以下几方面：
第一，仿真模拟实验的优势方面。首先，仿真模拟相对于传统实验是可以不受时空的限制，但在本题的设置上，并没有利用好这一优势。使用电源、导线、开关加上一个滑动变阻器实现对灯泡的控制，在当下任何一个普通物理实验室都可以用真实的物理元件进行实验。其次，2.5V的电压根本对人体造不成伤害，所以仿真模拟实验在安全性上的优势也没有体现。最后，实验成本，对于本题，使用仿真模拟，固然可以节约成本，但如果使用真实物理元件，成本也很低，两者相比，仿真模拟的优势没有得到体现。
第二，题目命题对学生物理修养方面的提高。本题的题目设置，很明显是一道很简单的电学实验题，除了考查学生的基本知识掌握和思维敏捷度之外，并没有让学生的自主探索和求知欲有所加强，也没有让学生通过做题对物理学史或物理学最新发展有一个了解，总的来说，学生通过做此题，并没有加强他们的物理修养。
第三，对本次物理竞赛题目的评析、总结。此次所出的题目，较好地克服了仿真模拟实验的劣势，但并没有利用好仿真模拟技术的优势，也不符合现代素质教育的要求，没有提高学生的物理修养。
三解决方法初探
针对以上情况，我认为出题人必须考虑出什么样的题目以及如何对各种答题介质进行组合，能发挥仿真模拟的优势，同时克服它的缺陷。
为了能让学生通过做题物理修养有所提高，结合仿真模拟技术的优势，可以让学生在仿真模拟实验室中再现物理学史上各次著名实验，对科学家的探索精神和灵活思维有所了解，培养学生正确的价值观与自主探索能力。
针对以上分析，下面附上我尝试出的几道例题：
范例1：在亚里士多德年代，人们普遍相信平时所见的可见白光是一种纯净光，而彩色光是混合光。1666年，牛顿用三棱镜研究日光，得出结论：白光是由不同颜色的光混合而成。发现了白光的本质，改变了人们一直以来的错误认识，现请同学们在仿真模拟实验室中再现牛顿当时的实验。
器材：三棱镜、电光源(白光)。
平台：南京金华仿真物理实验室光学模块。
要求：在仿真模拟实验室中作出光的色散现象，在答题纸上说明实验的原理。
范例2：为了证明地球在自转，法国物理学家傅科(1819～1868)于1851年做了一次成功的摆动实验，傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎的一个圆顶大厦进行，摆长67米，摆锤重28公斤，悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度。这种摆惯性和动量大，因而基本不受地球自转影响而自行摆动，并且摆动时间很长。在傅科摆实验中，人们看到，摆动过程中摆动轨迹并不是一条直线，而摆动方向在不断变化。请同学们在仿真模拟实验室中再现这个实验。
器材：单摆、沙漏。
平台：南京金华仿真物理实验室初中模块。
要求：在仿真模拟实验室中组装好实验仪器，并作出摆动轨迹(俯视图)，在答题纸上写出造成这种摆动轨迹的原因。
以上两道例题，是我结合初三物理教材以及奥赛物理题目，考虑到加强学生物理修养，针对仿真模拟实验的优劣势所编制，当然有考虑不到的地方，仅供参考。
从对于此次初三物理竞赛所设置的这道仿真模拟题目进行的评析中，我觉得可以很清晰地看到仿真模拟相对于试卷和传统实验的优劣势，将仿真模拟与纸质试卷结合，很大程度上弥补仿真模拟对实验原理考察的不足，通过对实验中注意事项以及各种实验仪器的使用原则的考察，可以在一定程度上弥补仿真模拟在动手性方面的弱点，但是，很明显，仿真模拟不可能取代传统实验，关于仿真模拟技术的优势方面，我认为将仿真模拟技术与素质教育的物理命题方式结合，更能达到素质教育的目的。
四总结
纵观全文，我们结合某次全国中学生数理化能力测试竞赛初三物理组的一道仿真模拟题目，一直在探讨如何将仿真模拟技术应用于物理竞赛中，怎样进行命题才能发挥出仿真模拟技术真正的优势，克服劣势，并提高学生的物理修养，此文仅是初步讨论。
有鉴于此次仿真模拟题目是首次引进物理竞赛，所以相关的资料特别少，本文只是做了一个初步的探讨，希望起到一个抛砖引玉的作用，希望以后有更多的人在这方面深入研究。
参考文献
[1]义务教育课程标准实验教科书-九年级物理[M].北京:北京师范大学出版社, 2008
[2]北京市义务教育课程改革实验教材-物理全一册[M].北京:北京师范大学出版社, 2008
[3]阎金铎、郭玉英.中学物理新课程教学概论[M].北京:北京师范大学出版社, 2008
物理学模拟电子技术的 篇2
气体的密度容易受温度和压强的影响.为了测量常温常压下氧气的密度，在老师的指导下，小明进行了如下实验：
步骤一：检查发生装置的气密性.
步骤二：往烧瓶中装入适量的二氧化锰粉未.关闭分液漏斗的活塞，并将适童的过氧化氢溶液倒人分液漏斗中，测出发生装置的总质量为m1克.
步骤三：取一个集气瓶，用记号笔在适当位置做标记，将水注入集气瓶到标记处，用量筒测出这些水的体积为V0毫升.再将集气瓶灌满水倒扣在水槽中等待收集.
步骤四：打开活塞，滴入过氧化氢溶液，同时干始收集气休.调节集气瓶在水中的上下位置，当集气瓶内、外的.液面相平且刚好达到标记处时(如图).暂停反应.
步骤五：重复步骤四，再收集9瓶气体.
步骤六：称出反应后发生装置的总质量为m2克.
(1)小明通过该实验，测得氧气的密度是克/毫升.
(2)步骤四中，控制集气瓶内、外液而保持相平的目的是.
物理学模拟电子技术的 篇3
摘 要：为解决大尺寸合金钢表面热锻开裂力学性能达不到要求，本文通过物理模拟方法和显微组织观察对数值模拟结果进行了验证，分析裙试样和圆柱试样在热压变形时的开裂倾向，并讨论裙状试样形状尺寸对其侧表面热变形开裂难易程度的影响。
关键词：计算机模拟;开裂;力学性能
近年来，大型锻件工艺塑性常用试验方法，如热拉伸、热扭转和热压缩等。实践表明在热变形工艺参数相同条件下，与圆柱试样相比裂纹更易于在裙状试样侧表面半高处产生。将适于冷变形开裂的损伤标准与热变形过程中的动态组织变化结合起来，可以较好地预测高合金钢表面热锻开裂行为。采用尺寸优化后的裙状试样能够更方便地模拟出高合金钢表面热锻开裂情况。
1.热变形时圆柱试样开裂模拟
将两种形状18Mnl8Cr0.5N钢试样在l000℃以O.1S-1分别压缩至真应变1.0（轴向压缩应变总量），发现圆柱试样侧表面没有出现开裂，而裙状试样的侧表面则有裂纹产生，且裂纹方向平行于压缩方向，其中横向条纹为机械加工刀痕），这与裙状试样冷变形时的开裂方式大体相同。由此可见，在热变形工艺参数相同条件下，裙状试样表面比圆柱试样表面更容易产生开裂。将上述热变形后的两种试样在其半高处垂直于变形轴线方向切开，该切面上靠近侧表面附近的显微组织（视场距表面约200谬m）。其中，照片左侧靠近试样侧表面，右侧则靠近试样内部。对于裙状试样，晶粒由于变形而被拉长，晶界多为锯齿状，个别位置还出现了细小的再结晶晶粒，而且微裂纹分布在晶界和三岔晶界上，表明裂纹优先萌生于晶界;对于圆柱试样，在变形晶粒的晶界附近出现了大量细小的再结晶晶粒，表明动态再结晶已经发生，但是在晶界上没有发现显微裂纹，这与数值模拟的结果符合很好。将数值模拟的损伤积累和材料的动态组织变化综合到一起考虑，就可以对热变形中的开裂情况进行定性预测。
2.热变形时圆柱试样开裂数值分析
用Defom.3D软件对上述两种试样的变形过程进行有限元分析，采用Normalized Cockcrofi & Latham损伤标准确定两种试样内的损伤度分布规律和等效应变分布规律，从结果可以看出，两种试样内部和端面的损伤值都比较低，损伤主要集中在试样侧表面半高处附近。圆柱试样的损伤值较小，仅局部最高达到0.2，而在裙状试样中最高则达到了0.3，并且分布区域较圆柱试样要大很多。从等效应变的分布情况来看，两种试样中，等效应变的最高值主要分布在试样心部和截面对角线端点区域，其次为试样侧面附近，而试样端面附近的等效应变都比较小。此外，在试样半高处的侧表面附近，裙状试样的等效应变较小，仅有0.3左右，而圆柱试样的则接近0.7。由此可见，在试样侧表面半高处，在给定的热变形条件下，裙状试样的损伤值要大于圆柱试样，即这些区域在变形过程中更容易发生微孔的形核以及长大。然而，热变形时当材料的变形量一旦超过某一临界值，就要发生动态再结晶，故在研究材料热变形开裂时应该而且必须将材料的动态组织变化考虑进去。在材料的变形速率差异不大的情况下，通常认为变形温度相同时，等效应变越大，材料越容易发生动态回复或动态再结晶。对于损伤值较高的裙状试样，其侧表面半高处等效应变却较圆柱试样更小。或者说，对于圆柱试样，该位置本身就不容易发生微孔的形核和长大，而动回复或动态再结晶却容易发生，导致大量塞积的位错被消耗，从而大大降低了试样表面应力集中的程度并抑制了裂纹的产生。因此，在热变形时，裙状试样较圆柱试样更容易开裂，而这恰恰是评估材料热加工工艺塑性好坏（即热锻开裂难易程度）所期望的。
3.实验结果及结论分析
在热拉伸试验中，试样发生缩颈后，缩颁心部在三向拉应力的作用下所产生的空洞会合并长大，最终导致材料断裂。对于热扭转试验，试样发生纯剪切变形且当剪切应变达到极限后发生断裂。显然，这两种试验试样无论在受力状态还是失效方式方面均与大型锻件的侧裂（在表面周向拉应力作用下产生）有很大差异。热压缩时，圆柱试样侧表面的应力状态以及变形方式与实际锻造过程尤其是镦粗过程最为接近。因此，热压缩试验更适合用来模拟大型锻件的侧表面开裂问题。
然而，圆柱状金属试样在热压缩时很难发生表面开裂，只有当两端摩擦力非常大，试样产生严重鼓凸时，其表面裂纹才能产生，或者说只有当圆柱试样变形量达到相当大以后才可能出现开裂，这对长径比通常在2以下的圆柱形压缩试样来讲，实现模拟开裂很不容易。裙状试样相当于使圆柱试样预先产生鼓凸，故变形时裙状试样的侧表面比圆柱试样的柱面更容易发生开裂。尽管用试验和数值模拟都证明，冷变形时裙状试样比圆柱试样更容易开裂，但在热变形时会涉及到动态回复、动态再结晶和析出等问题，此时裙状试样是否还更容易开裂，迄今还不十分清楚。本文模拟材料表面冷变形开裂的Normalized Cockcroft& Latham准则与材料动态组织变化相结合，用物理模拟和数值模拟对一种高氮铬锰奥氏体不锈钢热变形条件下的表面开裂问题进行系统研究，分析将采用裙试样进行热物理模拟作为一种热塑性评价方法的可行性，并对裙试样的尺寸进行优化，为高合金钢大型锻件的工艺塑性研究及热加工工艺的优化提供理论依据。大型锻件（尤其是高合金钢锻件）在热锻过程中很容易发生侧表面开裂，从而严重影响这类产品的生产成本和生产效率。由于大型锻件尺寸大、造价高且生产周期长，通过实物锻造来获得合适的锻造工艺往往很难实现。因此，如何利用物理模拟和数值模拟方法评估材料热变形过程中产生开裂的工艺条件和工艺塑性，对于提高大锻件特别是高合金钢大锻件生产效率和效益具有重要意义。
参考文献：
[1]王正则.炼油设备中的湿硫化氢腐蚀[J].炼油设计，2014
物理学模拟电子技术的 篇4
随着我国资源节约型、环境友好型社会建设的发展, 特别是国家有关建筑节能政策法规的出台, 符合绿色环保发展方向的干混砂浆产业正处于蓄势待发的大好时机[1]。
混合设备是商品砂浆生产中最关键的一环, 也即是工厂的“心脏”。目前, 关于混合设备的研究主要集中在对混合设备的改进以及结构参数优化方面, 缺少对商品砂浆混合物理过程的研究[2,3]。商品砂浆混合物理过程的研究将是设计混合设备的基础, 对混合过程物理现象及细节的洞察和明确能够为混合设备的设计与改进提供理论依据。商品砂浆物料混合过程是相当复杂的, 物料流动是三维和高度不稳定的湍流流动, 随机性和脉动给流场和混合参数的设定带来了很大的困难[4], 因此, 理论建模和实验研究都难以对物料混合复杂物理过程的动态发展给出满意的解释。当前, 随着有限元模拟技术的发展, 国内外很多研究学者利用有限元技术对各种工程的物理过程进行模拟分析[5,6]。大量研究表明, 有限元模拟技术在研究复杂物理过程方面是较为可行的, 是一种有效的研究方法。鉴于此, 本文以实际工程中常用的DW1200卧式商品砂浆混合设备为研究对象, 利用有限元模拟技术研究干混砂浆物料混合过程, 掌握物料混合过程中的各种物理现象及其变化规律, 为进一步改进和优化设计混合设备提供理论依据。
1 有限元模型建立
以DW1200单卧轴桨叶式干混砂浆混合设备为研究对象。该混合设备的主要参数为:总容积1200L, 搅拌筒直径1110mm, 搅拌轴直径130mm, 电机功率22KW, 搅拌轴转速88r/min。外筒的截面形状为O形, 在UG三维软件中建立混合设备实体模型, 如图1所示。
网格是有限元模型的几何表达式, 也是模拟和分析的载体, 网格质量对有限元计算精度和计算效率有很重要的影响[7]。本文采用ICEM CFD模块对混合设备实体模型进行网格划分。由于混合设备内部结构不规则, 因此, 搅拌桨区域采用四面体非结构化网格划分, 桨外区域采用六面体非结构化网格划分。将模型分成两部分, 即转动部分和静止部分。
(1) 转动部分, 此部分模型形状复杂, 采用四面体非结构化网格划分, 由于转子叶片末端网格质量较差, 在此处对网格进行了加密处理, 如图2 (a) 和2 (b) 所示。
(2) 静止部分, 此部分模型采用六面体非结构化网格划分。
2 有限元模拟参数设置
2.1 设定物料属性
本论文混合设备内的物料体系为气固两相流, 混合物料原料及属性:
空气:密度1.205kg/m3, 粘度1.81×10-5Pa·S
石英砂:密度2600kg/m3动态粘度10-6Pa·S
重钙粉:密度2711g/cm3动态粘度10-6Pa·S
白水泥:密度3100kg/m3动态粘度10-6Pa·S
2.2 计算模型
由于混合设备内有强湍涡流, 具有明显的各向异性, 故模拟采用RNG湍流模型, 气固两相流模型选择混合模型 (Mixture Model) 。
2.3 设置区域类型和边界
流场模拟将转动部分和静止部分的区域类型均指定为流体域。转子的各个面的边界类型指定WALL (壁面) , 两部分交界面采用用域接口 (Domain Interface) 将转动部分和静止部分连接起来, 将接口性质稳态模拟选为Frozen Rotor, 瞬态模拟设为Transient Rotor Stator, 其余没有被指定的边界默认它们的类型为WALL。
2.4 时间步长的确定
对于非稳态问题的计算, 需要设置总时间以及时间步长。研究表明, 在满足收敛和一定精确性的条件下, 时间步长的值对最终混合时间的结果影响很小。时间步长于流体流动的循环时间有关, 与转速的倒数成一定的比例关系。一般时间步长取值应小于转速的倒数的, 且本文混合设备模拟所用最大转速为50, 因此, 为了计算的稳定性, 采用固定的保守时间步长为0.1s。
3 模拟结果与分析
3.1 混合过程流场内物料体积分布
分析混合设备的流场最直接有效的方法就是观测流场内物料的体积变化。以砂子在混合设备内体积分数的变化进行说明, 图3为不同时刻砂子的体积分布图。
从图中可以非常直观的观察到混合设备内物料的变化。0.4s时, 第二组桨叶转动到水平位置, 沙子在桨叶带动下向上运动, 原本没有物料的上层空气区域出现了沙子。0.8s时, 大量的沙子带到上层空气区域。1.2s左右, 叶片转到初始位置, 沙子在重力作用下向下运动。在整个过程中, 由通气口向桶内吹气, 沙子在气流作用下沿气流的的方向运动, 在通气口附近沙子浓度较低, 但在气流作用的末端有较大的浓度。沙子就在搅拌叶片及气流驱动下运动, 最终实现完全混合。
3.2 混合过程浓度场分析
在坐标 (0, 350, 400) 处加入与流场相同特性的示踪剂KCL, 示踪剂KCL对物料流动没有影响, 观察其浓度变化。模拟结果如图4。所示:
从图中可以清楚地看到示踪剂在混合设备内的分散过程。前15s, 示踪剂扩散极其迅速;在30s时, 在桨叶的搅拌作用驱动下沿切向和轴向流动, 示踪剂已经扩散到混合设备得另一端;在40s左右, 物料混合已经比较充分。
示踪剂在桨叶的搅拌作用下沿切向和轴向方向流动, 形成对流混合;桨叶及其附近区域的示踪剂在桨叶的作用下, 彼此之间形成剪切层, 各示踪剂颗粒之间相互碰撞和滑动, 受到很大的剪切力作用, 形成剪切混合;在对流、剪切以及扩散等多种混合作用下示踪剂浓度逐渐达到均匀。
4.3 混合过程速度场分析
通过对流场的有限元模拟可以直观地得到混合过程中速度场分布情况, 混合过程速度模拟结果如图5所示。从图中可以看出, 物料的运动速度沿径向逐渐增大, 在外侧桨叶作用下速度达到最大, 靠近搅拌轴以及搅拌臂部分速度最小, 且在通气口位置的物料有较大的速度。物料在混合设备内的整体流动趋势以沿搅拌桨叶转动的环流为主, 同时在搅拌桨叶处产生湍流, 可使物料加快混合。
5 结束语
5.1 在论述商品砂浆混合过程有限元模拟流程的基础上, 通过合理简化, 建立了混合设备三维实体模型, 并采用ANSYS软件进行网格划分, 建立了混合过程有限元模型。
5.2 基于有限元模型对商品砂浆混合物理过程进行了模拟分析, 研究了混合过程流场内物料体积分布、混合过程浓度场分布、混合过程速度场等物理现象。研究结果表明:混合设备内物料的运动速度沿径向逐渐增大, 在外侧桨叶作用下速度达到最大, 靠近搅拌轴以及搅拌臂部分速度最小, 且在通气口位置的物料有较大的速度。
5.3 通过本研究工作能够掌握商品砂浆物料混合过程的各个物理现象及其发展过程, 有助于对商品砂浆混合物理过程的深刻理解, 从而为混合设备结构参数的优化设计和新设备的研制提供理论依据和技术指导。
参考文献
[1]徐亦冬, 陆云龙.干混砂浆的技术优势与推广策略[J].干混砂浆, 2004 (10) .
[2]田冰.固体混合设备原理与选择[J].装备应用与研究, 2010, 281 (35) :23-30.
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[4]Gao D R, Sumanta A, Wang Y Q, et al.Flow Field around Rush-ton Turbine in Stirred Tank by particle Image Velocimetry Measure-ment[J].Chin.J.Chem.Eng., 2004, 12 (6) :843-850.
[5]G.L.Lane, M.P.Schwarz, G.M.Evans.Predicting gas-liquid flow in a mechanically stirred tank[J].Applied Mathematical Modeling2002, 26:223-235.
[6]Lanre M.Oshinowo, Andre Bakker.CFD modeling of solids suspen-sions in stirred tanks[J].Computational Modelling of Materials, Mine-rials and Metal Processing, 2001, 205-215.
物理学模拟电子技术的 篇5
一、选择题：（每小题只有一个正确选项，每小题3分，共21分）
1.如图1所示，人沿水平方向拉牛，但没有拉动。其中说法正确的是() 。
A．绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对平衡力。
B．绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力。
C．绳拉牛的力小于牛拉绳的力。
D．绳拉牛的力小于地面对牛的摩擦力。
2.日常生活中，我们经常需要搬运大小轻重不同的物件，如果用力的姿势不正确，就容易受伤。如图2所示的四种搬运重箱子的姿势中，正确的是()。
3.如图3所示，小明用两个滑轮组成甲、乙两种不同的省力滑轮组。他分别用这两种滑轮组把质量相同的重物吊到等高的平台上，两次吊重物时他拉绳的速度相同。不计摩擦和绳重，下列说法正确的是()
A.两次吊物，小明所做的功和功率的多少相同，甲装置的效率高。
B.两次吊物，小明所做的功、功率的多少和效率的高低都相同。
C.两次吊物，小明所做的功率的大小和效率的高低相同，用甲装置做的功多。
D.两次吊物，小明所做的功的多少和效率的高低相同，用乙装置时功率大。
4.如图4所示，杠杆上分别放着质量不相等的两个球，杠杆在水平位置平衡，如果两球以相同速度同时匀速向支点移动，则杠杆（）
A．仍能平衡。
B．不能平衡，大球那端下沉。
C．不能平衡，小球那端下沉。
D．无法判断。
5.如图5所示，电源电压不变，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片p向左滑动时，下列判断正确的是()
A.灯L2将变亮。
B.电压表的示数变大。
C.电流表的示数变大。
D.灯将变暗。
6.* 如图6所示，R1=8Ω，变阻器阻值的变化范围为0～10Ω，电源电压6V，电流表量程0～0.6A，电压表量程0～3V。为了使电流
表和电压表能安全工作，变阻器接入电路中的电阻值变化范围是（）
A. 0Ω～10Ω。B. 2Ω～8Ω。
C. 0Ω～2Ω。D. 2Ω～10Ω。
7.*有一种叫做“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一燃气打火机，就是应用该效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV～20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（）
A．化学能转化为电能。
B．内能转化为电能。
C．光能转化为电能。
D．机械能转化为电能。
二、填空题：(每空1分，共20分)
8．“采用最新技术制成的纳米机器人小得像跳蚤一样”，“离太阳系最近的恒星‘比邻星’距我们约4.3光年”。这里提到的“纳米”、“光年”都是长度的单位，世界最高山峰珠穆朗玛峰海拔高度为8 848m，我国最长的河流长江长约6400。
9.中国跳水队被称为“水上梦之队”，图7是我国奥运会冠军--劳丽诗、李婷在女子双人十米跳台决赛中的“完美一跳”。在下落过程中，运动员的速度不断增大是由于受到的作用，运动员的动能（选填“增大”、“不变”或“减小”）。
10.光在真空中的传播速度为_____m/s，声音_____真空中传播。（填“能”或“不能”）
11.到过海洋馆的同学都可以看到玻璃柜中千姿百态、形态各异的海鱼．如图8是某同学看到的一条鱼，请问这条鱼的实际位置在本位置的。（填“上面”、“下面”、“左边”、“右边”）。
12.据传有一夏天洋人宴请林则徐，其中一道甜点为冰淇淋，因其上白气不断，林则徐以为必烫故以嘴吹之，谁知入口却冷，洋人笑以为柄；林则徐声色不动，过得几日，回宴洋人，其中一道热汤刚刚煮沸，浮有厚油，无一丝白气冒出，林则徐热情请之，洋人一口吞下一匙，顿时龇牙咧嘴，哈哈有声，不停乱弹，出尽洋相。试分析那冷冷的冰淇淋上方的白气是由于_____形成的；而滚滚的热汤反而无白气，是由于_____；据生活经验，浮有厚油的沸汤比普通开水还要烫其原因是_____。
13.*一个实心物体重50N，体积为 ，把它放入盐水中时，它受到的浮力为____N，把它放入酒精中静止时，它受到的浮力等于
14.同学们经常用“签字笔”写字，其笔尖的小钢珠可以减小，使书写更流畅，笔蕊中有一层油质液体，它可以防止墨因而变干。
15.老花镜的镜片是凸透镜，它的度数等于它的焦距(用m作单位)的倒数乘以100，小明拿着爷爷的老花镜正对太阳光，纸在老花镜下面可以来回移动，纸上得到一个最小的光斑距老花镜25cm，则小明爷爷老花镜的度数是度。
16.用久了的白炽灯通常要比相同规格的新白炽灯暗一些，造成这样现象的主要是因为灯丝发生而变细，电阻，当电压不变时实际功率减小。
17.如图9是正确连接的家庭电路的一部分，根据电路图可以判断b导线是____，判断的依据是____。
18.*白炽灯将电能转化为光能的效率如图10所示，则它的发光效率为_____，而荧光灯的发光效率为25％，那么一盏功率为100W的白炽灯的亮度相当于功率为_____W的荧光灯的亮度。
三、实验探究题：（19小题3分，20小题3分，21小题4分，22小题8分，共18分）
19.图11是某实验小组测量一种未知液体密度实验的正确操作情境，其中负责设计实验记录表格和填写实验数据的同学有三项没填完，请你帮他填上。
20.人类已进入信息时代，很多信息给我们的生活和学习带来了便利，但也存在一些伪信息，我们应当学会鉴别真假。下面是一则广告摘录：“……本电热水器高效、节能、省时，其规格为“220V 300W”，在家庭电路上，烧开一普通保温瓶的水，仅需4min……”
问：(1)该广告是否可信?答：_____。
(2)应用所学的知识通过估算加以分析说明 标准气压下计算）。
21.背景知识：观察月球的照片，月面上最明显的特征是有许多环形山(如图12所示)。环形山(crater)，希腊文的意思是“碗”，通常指碗状凹坑结构，所以环形山也叫做“月坑”。其中大的直径可超过100km，小的不过是些凹坑,月坑是如何形成的呢?天文学家告诉我们，受月球的吸引，流星在太空中运行时会靠近月球，到一定距离时会与月球发生碰撞，从而形成坑洞。你能对有关月亮坑洞的问题进行探究吗?
想想看，有哪些因素(变量)可能会影响坑的尺寸?
现在一个物理兴趣小组的同学进行月坑探究的模拟实验：
如图13所示，找一只铝制的盘子，里面铺上面粉，几只不同形状和质量的玻璃球。每次使一只玻璃球在盘子的上方某一高度竖直下落，再尝试使玻璃球在不同高度下落，观察现象。如果你的猜想是“玻璃球质量越大，坑就越深”，那么，在实验中需要测量的物理量是_____、_____、_____。
记录两个相关物理量之间发生的对应关系，总可以在直角坐标系里描出一条图线，可以直观地看出这两个物理量之间的关系及变化趋势。
如图14是根据“月亮坑”实验的实验数据所绘成的曲线图。
观察图像，你能得出的结论是：____。
22.*在“用电压表测电压”的实验中，小新同学先用电压表直接测得电池组两端的电压为3V，然后将两只小灯泡：并联接在该电池组两端，测得 和 两端的电压均为2.5V。于是小新得出结论：并联电路中，各支路两端的电压。但是对照前后实验数据，小新感到十分郁闷……，另外的0.5V电压到哪儿去了呢？
为了探究这个问题，经过分析和检查，小新提出猜想：电池内部可能有电阻。如果是这样的话，我们把并联的两个灯泡等效一个电阻，则电池内部电阻r（简称“内阻”）与这个等效电阻相当于是串联，这个内阻r就应该分得一定的电压，根据欧姆定律，若增大外部电路中的电阻，外部电路得到的电压就会。（填“增大”、“减小”或“不变”）想到这，小新立刻找来“0～20Ω”的滑动变阻器，设计了一个相当简单的电路，进行实验，结果与猜想完全一致，他高兴极了……
1）你知道他设计的电路图吗？请画在虚框内。
2）喜悦过后，小新又有了新的思考，提出了一个新的问题，经过深入探究后终于搞清楚了该电源的最大输出功率是_____W；此时电源对外输出电能的效率是_____，电路消耗的总功率此时_____（填“是”或“不是”）最大，最大值为_____W。
四、论述计算题：（解答应写出必要的文字说明、重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数字计算的题，答案中必须明确写出数值和单位；23题6分，24题7分、25题8分。共21分。）
23.边长为80cm的正方形水平“八仙桌”中央放置着一个200g的圆柱形容器，其底面积是20cm2，曾装满水后的总质量为700g，现装满另一种液体后总质量为600g，求：1）这种液体的密度；2）容器底部受到液体的压力；3）容器对桌面的压强。
24.某电梯公寓楼高约40m，完成此建筑物需要浇制钢筋混凝土 ，还需要使用其他建筑材料，混凝土密度为。求：
(1)若要从地面向楼顶提供自来水，加压设备至少需给水施加多大的压强？
(2)若每天要把120m3的水从地面送到楼顶，每天至少应对水做多少功？
(3)测量表明，该楼地基所承受的压强不得超过 ，若房屋与地面的接触面积为，则此大楼另外添加的装饰材料、各种设备等物资及进入大楼的人员的总质量不得超过多少？
25.*如图15所示，电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～15V。灯泡铭牌标着“18V，9W”，电源电压恒为U=24V。
(1)当滑动变阻器连入电路的电阻值为36Ω时,灯泡消耗的实际功率。
(2）当滑动变阻器的阻值为何值，滑动变阻器的功率最大；最大值是多少？
(3)当滑动变阻器左右任意滑动时，电路能安全工作，滑动变阻器连入电路中的电阻的变化范围。
浅谈物理实验中的模拟法 篇6
一、对象模拟
就是用放大或缩小了的、相似的, 而又能反映事物某方面规律的客观实体来代替研究对象的方法叫对象模拟。对象模拟的设计思想主要在于下述两种情况:其一是为了突出客观实体的主要矛盾和本质特征, 摒弃次要的非本质因素, 使研究对象从客观实体中直接抽象出来。如质点、刚体、理想气体、弹簧振子、点电荷、纯电阻、理想变压器等理想模型, 以及天体运动模型、微观结构等几何相似模型。在研究二极管的单向导电性时, 在实验基础上运用对象模拟法, 用自行车气门和进水阀门来模拟单向门。如此, 不但加深对“单向性”的认识, 而且激发了兴趣, 开阔了思路。其二是为了解释某些行为和特征而建立起来的模拟。如地球因自转而产生的科里奥利力比较抽象, 在地理课中亦有提及。我们不妨取一只旧的橡皮蓝球来模拟地球自转, 然后将红墨水从上往下滴落在转动的“地球”表面。此时即可明显看到水痕西边呈扩散状, 从而令人信服的说明北半球南流冲刷西岸这一自然现象。
二、物理相似模拟
在科学研究和工程技术的许多领域中, 人们常常希望利用模拟试验来代替对实际现象的研究, 以便使我们可能在一定程度上预言某些在目前尚无法达到的条件下出现的情况。例如用水代替石油研究其在管道中的运动, 把设计好的收音机缩小成模型放在风洞中试验其特性等。其特点即模拟与原型遵循同样的物理规律, 故称为物理相似模拟。
三、过程模拟
把具体物理过程纯粹化、理想化, 并根据其本质特征而设计的一种模拟叫过程模拟。其特点是过程简化, 易于控制。气体压强的分子运动论观点, 通常采用雨滴打伞等面来类比。这种大量分子对器壁连续碰撞的过程, 如果用豆落在平衡天平一端倒扣着的托盘底上的现象来模拟, 就显得直观生动了。布朗运动的模拟, 装有铁屑的试管模拟铁棒的磁化和退磁等都是过程模拟的成功例子。电子技术中半导体的导电机理, 电子运动易理解, 空穴导电则抽象, 课堂教学中如用“空位置”的运动来作一现场过程模拟, 无疑会使学生茅塞顿开。分析曲线运动的思想方法, 运动的分解和合成是个难点, 可以平抛运动为突破口, 在演示有关实验后, 用“慢镜头”的方法, 手持粉笔头边走边沿自身前方, 从上向下加速下移, 以此模拟平抛运动, 既简单明了, 又便于分析。理解机械波的形成过程是本章教学的一个重点和难点, 运用模拟器材, 以纽扣状的物体来表示振动的质点, 通过摇转, 使质点绕平衡位置上下振动, 而整体波形向外传递, 边演示边分析, 效果很好。
热学中的统计方法和光本性的几率概念, 由于受课堂教学时间的限制, 怎样从个别事件的无规律过渡到大量事件的有规律, 成了模拟实验的设计难点, 在教学中采用全同等可能过程, 在不同时刻的空间比较可以等效变换成同一时刻不同状态的比较的方法, 让全班同学同时掷币若干次, 然后统计比较下列情况“国徽”朝上的次数。
四、模拟放大
在物理概念和规律教学中, 学生往往对那些不易观察或不能从外部直接观察其内部状态的规律, 因缺乏形象的感性材料而引起思维障碍。模拟放大正是采用空间放大和时间放大的方式, 抓住本质特征, 展现其生动直观形象, 从而促进思维顺利进行。
液体压强与流速的关系学生比较陌生, 可以通过模拟放大的方法加以演示, 让学生加深印象。具体方法是: 把灌足有色水的气球跟各部分粗细不同, 且在粗细不同的地方有竖直小侧管的水平玻璃管连接, 让竖直小侧管管口向上。由于气球膜的收缩力对水产生的水压使气球内的水通过玻璃管流出, 这时我们看到, 水在各个侧管中上升的高度不同, 接玻璃管粗处侧管的水面升得较高, 接玻璃管细处侧管的水面升得较低, 这说明流动液体的压强在管道细的地方比粗的地方小, 而在同一管道中, 管道细的地方液体流速大, 管道粗的地方液体流速小, 故实验表明: 液体流速大处压强小, 液体的流速小处压强大。
如果我们用手挤压气球, 这时看到玻璃管中水的流速加大, 同时所有小侧管中的水面下降;松手停止挤压气球, 可看到玻璃管中水的流速变小, 同时所有小侧管中的水面上升。用这个方法, 我们可以演示, 液体流速大时压强小, 流速小时压强大。
液体表面张力实验中的“水面浮针”, 学生感到新奇, 但在分析受力时往往错误认为表面张力与重力平衡, 经指出后又不理解沿液体表面作用的力并没有作用在针上。究其原因是学生在形成概念过程中缺乏直观材料。为此, 用一只较大的气球, 充入少量气体, 然后在上面放一根小铁棒, 以此来模拟放大液面浮针, 并指出液体表面张力同橡皮膜的张力, 只作用在它们的表面, 并没有作用在针上, 作用在针上的是因液体表面张力而产生的液面对针的支持力。通过令人信服的实验还使学生进一步明确: 表面张力的作用是保持液面不分裂。
力的分解, 关键是根据力产生的效果来确定分力的方向。其中三角支架是典型的问题, 在教学中教师由两个同学配合, 一个同学用手撑着腰, 另一个同学在手的肘部用力竖直往下拉, 让他感受力的作用效果。在讲摩擦力的方向时, 用长毛板刷来模拟放大物体的运动趋势, 一目了然。
新编物理教材中增加了多普勒效应。要观察由于声源和观察者的运动而使接收到的声音频率发生的变化显然比较困难, 但用单位时间内从观察者身旁通过的人数来模拟放大声波的波数, 并让学生实际表演一下, 确能使学生在轻松愉快的气氛中加深对此现象的理解。也可以通过水波在屏幕上加以演示多普勒效应, 效果也都很好。
摘要：模拟法是通过设计与原型相似的模型并利用该模型来间接地研究原型规律的方法。模拟法作为科学研究的一种最基础的方法, 已在物理实验教学中日益受到重视。
物理中考模拟试题 篇7
一、单项选择题 (本大题包括6个小题, 每小题3分, 共18分。每小题只有一个正确答案, 请在答题卡选择题栏内, 用2B铅笔将对应题目答案的标号涂黑。)
1.雷雨季节, 有些小孩害怕雷声, 这是因为雷声的 () 。
A.响度大;B.音调高;C.音色难听;D.是噪声。
2.体育课掷铅球活动后, 同学们对“铅球”的制作材料进行讨论, 有同学认为“铅球”是铁制的, 并从实验室借来磁铁吸一下, “吸一下”这一过程属于科学探究中的 () 。
A.提出问题;B.猜想;
C.实验;D.得出结论。
3.人们的工作、学习和生活都离不开电, 树立安全用电意识十分重要, 下列做法中, 不符合安全用电原则的是 () 。
A.用湿布擦正亮着的台灯灯泡;
B.家用电器的金属外壳要接地;
C.使用测电笔时, 手按住笔尾金属体, 用笔尖接触被测导线;
D.发现家用电器或导线失火时, 必须先切断电源, 然后再救火。
4.百米赛跑运动员跑到终点时, 不能立即停下来, 这是因为运动员 () 。
A.失去了惯性;B.具有惯性;
C.不受力的作用;D.惯性大于阻力。
5.将一物体放在凸透镜前, 使物距分别为6cm、18cm和24cm, 分别得到放大的虚像、放大的实像和缩小的实像, 该凸透镜的焦距为f则 () 。
A.f<6cm;B.6cm
C.9cm
6.在自然科学中, 许多规律可借助于图像直观地展示出来, 例如, 某电路中, 已知滑动变阻器两端的电压恒定不变, 图1中能正确表示滑动变阻器消耗的电功率P与它的电阻R之间的关系是 () 。
二、填空题 (本大题包括6个小题, 每空2分, 共24分。请将下列答题中的 (1) (2) 序号所占位置应答内容, 填写到答题卡相应题号的空格内。)
7.2008年我国“神七”成功登月, 三名宇航员坐在太空船里, 在太空船升空过程中, 宇航员相对于太空船是 (1) 的, 相对于地球是 (2) 的。
8.多媒体教室中的投影银幕是用粗糙的白布做成的, 其优点在于:一是利用 (1) 使教室里各座位上的同学都能看到画面;二是白布能反射 (2) 颜色的光, 使同学们能看到色彩正常的画面。
9.如图2所示的电路, 闭合开关S, 将滑动电阻器的滑片从右端向左端移动, 电流表的示数将 (1) (选填“变大”、“变小”或“不变”) , 灯泡L的亮度将 (2) (选填“变亮”、“变暗”或“不变”) 。
10.图3甲所示为某同学做“观察水的沸腾”实验时测沸水温度的情形, 由于操作错误, 他发现温度计读数大于100℃ (当时的大气压低于1个标准大气压) , 他的错误是 (1) , 纠正错误后, 他观察到水沸腾时, 温度计的读数如图3乙所示, 则水的沸点是 (2) 。
11.在2010年温哥华冬奥会短道速滑的赛场上, 中国队包揽了四枚金牌。短道速滑的冰面做得较光滑, 是为了 (1) 摩擦力;冰刀做得很窄, 对冰面的压强 (2) (选填“减小”、“增大”或“不变”) 。
12.小华家电能表4月底的示数为2 1 3 8 5月底的示数为如图4所示, 则小华家5月份消耗的电能为 (1) kW·h, 应付电费为 (2) 元 (每度电费按0.5元计算) 。
三、作图题 (本大题包括3个小题, 每小题2分, 共6分。请按要求作到答题卡相应题号的图形上。)
13.请你在图5中画出沿斜面滚下的小球A受到的重力的示意图。
14.如图6所示, S是一个发光点, S′是它通过平面镜所成的像, SA是S发出的一条光线, 请你在图中画出平面镜的位置和SA经平面镜反射后的光线。
15.螺线管通电后, 小磁针静止时指向如图7所示, 请你在图中标出通电螺线管的N、S极, 并标出电源的正、负极。
四、简答题 (本大题共5分。请将简答内容填写到答题卡相应题号的空格内) 。
16.据中央电视台报道, 2009年8月的一天晚上 (当时气温20℃左右) , 厦门市一辆运送液化石油气的汽车发生了交通事故, 导致车上气罐内的液化石油气泄漏, 泄漏的液化石油气急剧汽化, 消防队员在施救过程中, 无意中发现泄漏孔附近潮湿的棉纱结了冰, 于是消防队员用潮湿的棉纱堵住泄漏孔, 不一会儿棉纱居然也结了冰堵住了泄漏孔。
看了这则报道后, 小王猜想泄漏孔附近的温度应不高于0℃, 而小王的母亲则猜想泄漏孔附近的温度仍然为20℃左右。
(1) 根据上述报道中描述的现象, 你认为 (1) 的猜想是正确的, 这样猜想的依据是 (2) 。
(2) 请你解释为什么堵泄漏孔的棉纱会结冰?
五、实验题 (本大题包括2个小题, 17题8分, 18题7分, 共15分。请将回答内容填写到答题卡相应题号的空格内。)
17.红薯是北方的主要农作物, 它的密度是多大呢?同学们想出了不同的测量方法。
(1) 小丽用调节平衡后的天平测量一块红薯, 在天平左盘放上一块红薯, 在天平右盘放上适量的砝码后, 发现指针在中央刻度线两边来回摆动, 但偏向左侧的角度较大, 要使天平恢复平衡, 她应 (1) 。天平平衡后, 游码的位置和所用的砝码如图8所示, 则这块红薯的质量为 (2) g。
小丽又用排水法测得这块红薯的体积为230ml, 则她测出的红薯的密度约为 (3) kg/m3。
(2) 小亮凭红薯虽能沉到水底, 但在水里拿红薯时感觉很轻的经验, 估计到红薯的密度比水大不了多少。于是从学校借来了一支密度计, 并用食盐、水、大茶杯和密度计进行实验, 也测出了红薯的密度。他的方法步骤是: (4) 。
18.小明测量额定电压为3.8V小灯泡的额定功率, 使用6V的电源。连接电路前, 他发现电压表的0～15V档已损坏, 0～3V档完好, 他马上改接电路, 完成实验。
(1) 请用笔画线代替导线, 将图9甲实物电路连接完整。
(2) 连好电路, 闭合开关, 移动变阻器的滑片到某一点, 电压表的示数为3V, 要测量小灯泡的额定功率, 还应将滑动变阻器滑片向 (1) 移动 (选填“左”、“右”) , 当电压表示数为 (2) V时, 小灯泡正常发光, 此时电流表的指针位置如图9乙所示, 可得出小灯炮的额定功率为 (3) W。
(3) 小明完成实验后, 他改变滑动变阻器的阻值, 记录电流表、电压表的几组示数, 然后确认小灯泡的电流、电压, 算出几组电阻值, 求出的平均值是小灯泡正常发光的电阻。他的方法是 (4) 的 (选填“正确”、“不正确”) , 原因是 (5) 。
六、计算题 (本大题包括3个小题, 19题8分, 20题6分, 21题8分, 共22分。请将解题过程填写在答题卡相应题号的空格内。)
19.小明利用如图10所示的滑轮组将重为900N的物体从一楼匀速提至六楼, 所用拉力为360N, 绳子的自由端移动的速度为0.3m/s (已知每层楼高3m) , 求:
(1) 小明所用的时间是多少?
(2) 拉力的功率是多大?
(2) 滑轮组的机械效率是多少?
20.如图11所示的电路, 电源电压U=12V不变, 灯泡L标有“6V 3W”的字样, 滑动电阻器的最大电阻是18Ψ, 求:
(1) 灯泡L的电阻是多少?
(2) 当S闭合后, 要使L正常发光, 滑动变阻器接入电路中的电阻R′为多少?
21.有一个电热水壶, 铭牌如下表所示 (不计热量的损失) , 问:
(1) 将质量为1kg, 温度为20℃的水加热到100℃, 水吸收的热量为多少?
(2) 电热水壶正常工作多长时间, 才能把这壶水加热到100℃?
(3) 若在用电高峰期, 实际电压只有200V, 要把同样的这壶水加热到100℃, 至少需要多长时间?
参考答案
一、单项选择题
1.A;2.C;3.A;4.B;5.C;6.A。
二、填空题
7. (1) 静止 (2) 运动;8. (1) 漫反射 (2) 各种;9. (1) 变大 (2) 不变。
10. (1) 温度计的玻璃泡接触了烧杯底 (2) 99℃。
11. (1) 减小 (2) 增大。
12. (1) 40 (2) 20。
三、作图题
四、简答题。
16. (1) (1) 小王的母亲 (2) 因为当时的气温是20℃左右;
(2) 液化石油气汽化吸热, 使泄漏孔的湿棉纱凝固结冰。
五、实验题。
17. (1) (1) 使游码向右端移动 (2) 252.6 (3) 1.1×103;
(2) (4) 在大茶杯里倒入适量的水, 将红薯放入大茶杯的水中, 慢慢地向水里加食盐并搅拌, 使红薯悬浮于盐水中, 再用密度计测出盐水的密度, 红薯的密度就等于盐水的密度。
18. (1) 如图所示
(2) (1) 左 (2) 2.2 (3) 1.292;
(3) (4) 不正确 (5) 正常发光时的电阻是小灯泡额定电压下的电阻。
六、计算题。
(2) P=Fv=360N×0.3m/s=108W
(2) 要使L正常发光UL=6V
因为L与R串联
计算机模拟在物理实验中的应用 篇8
一、计算机模拟实验优点分析
计算机模拟实验方式能够有效减少环境局限、时空局限、设备局限等因素对物理实验教学的影响, 例如, 原子核式结构模型、a粒子散射、原子核的链式反应等实验, 上述实验是物理的初步基础, 缺少这些实验环节, 学生将很难建立正确的物理知识链结构体系。但是, 在教学过程中这些实验很难完成, 通过信息技术方式则能将实验现象生动、直观地展现到学生面前, 使学生很好地掌握这些实验包含的知识内容。
计算机模拟实验充分利用了计算机技术, 计算机技术自身就是技术创新产物, 其为物理实验教学提供了非常丰富的资源信息, 例如, 通过计算机多媒体技术方式可以为学生提供有趣、生动、形象的实验过程, 进一步丰富学生表象, 对学生想象力、实践能力的培养也起到了重要作用。另外, 计算机技术可以为学生提供个别化的学习模式, 实现 “因材施教”。
计算机模拟实验能够积极整合传统教学中的优秀理念、现代教育思想, 能够有效缩短物理实验时数, 教师在一定的时间内可以安排更多的实验项目, 进而提高物理实验教学效率。计算机模拟实验教学还能在实验教学课时总数不变的情况下, 进一步丰富实验教学资源。另外, 计算机网络与计算机模拟实验相互结合, 能够有效完成远程模拟实验室学习, 在这种环境下, 学生可以通过网络技术随时随地地进行实验学习, 与其他人员分享教学资源、学习心得, 进而为实验环节奠定良好学习基础。
从整体上来说, 计算机模拟实验一方面能够有效解决传统物理实验教学存在的弊端, 一方面能够有效提高物理实验教学质量、教学效率, 进一步拓宽学生的知识面、提升学生的创新能力, 激发学生学习物理的积极性。
二、计算机在物理实验中的应用范围
计算机在物理实验中的应用范围比较广泛, 有以下几种: 1测定时间。在单片机上配备定时器接口, 可以使学生非常容易地测量、记录某一实验过程所需时间。例如, 通过计算机技术能够精确记录油滴实验过程中油滴的时间。2计数。计数利用了计算机技术处理脉冲, 例如, 在完成电路配接滞后, 可以按照一定程序使用脉冲技术, 并由计算机处理结果。3测量电量。在物理实验过程中, 电量与非电量转化比较频繁, 可以通过计算机方式处理数字信号, 并进行数据测量。4记录瞬态过程。对于部分非周期过程研究, 普通方式很难完成。可以通过记录、采样高速瞬态方式进行非周期过程研究, 实验过程完成后, 通过计算机方式详细分析、研究记录结果。5分析实验结果。计算机技术具有较强的逻辑运算能力、数字处理能力, 能够精确分析结果的最大值、最小值, 有效记录周期信号频率, 进而得出微积分。6控制实验过程。计算机技术能够按照预先设定的程序进行数字量输出与信号控制, 然后通过接口电路、数模转换器等, 有效控制实验过程, 使得物理实验按照设计步骤进行, 避免了手动测量误差和人为性误差。另外, 计算机模拟实验还能够使操作人员远离强电磁场、放射源等对人体有伤害的区域。
三、计算机模拟在物理实验中的应用策略
1. 利用多媒体技术进行实验教学
大学物理实验内容比较广泛, 但是, 实验课时有限。因此, 在传统物理实验教学中经常采用填鸭式教学方式, 只能让学生按照课本内容进行学习, 学生所获得的理论均为课本上的数据, 无法让学生接触到实验操作与实验学习。利用计算机多媒体技术进行实验教学能够充分锻炼学生的创新意识、丰富实验教材, 克服物理实验弊端。部分物理实验抽象性较强, 传统的教学模式不能直观地表达给学生。通过计算机教学方式, 能够将抽象内容具体化, 让学生获得更多的数据信息。例如, 霍尔效应中建立平衡态过程, 可以通过计算机技术将实验瞬时完成的现象放慢, 进而让学生全面观察、了解、掌握。计算机技术中的flash、powerpoint等软件, 可以让学生科学、近距离接触物理实验。通过计算机技术让学生掌握实验具体的步骤, 掌握实验包含的理论知识, 更好地验证自己的观点。另外, 教师还可以根据教学模块将物理实验、物理教学内容制作成网络课件, 上传到网络上, 方便学生课下的交流学习。
2. 利用多媒体技术进行教学管理
由于受到物理实验室教学设备、环境限制, 教师需要手工登记学生的出勤情况、作业完成情况、成绩情况等。这些工作非常琐碎, 会占据教师的部分精力、时间。利用计算机多媒体技术进行教学管理, 可以方便地记录学生的各种信息, 全面提高教学效率。利用计算机多媒体技术进行教学管理, 应加强系统软件开发与研究力度, 结合实验教学的特殊性, 积极选择科学软件, 进一步提高教学有效性。
结语
综上所述, 计算机技术在物理实验教学中应用广泛, 充分利用多媒体技术能够将物理实验与现代计算机技术充分结合, 促进物理实验教学的顺利开展。
参考文献
[1]鲍军委.计算机在物理实验教学中的应用与矛盾[J].大学物理实验, 2014 (02)
[2]霍剑青, 王晓蒲.大学物理实验信息化教学与物理实验教学方法的研究[J].中国大学教学, 2013 (05)
[3]傅敏学, 张连芳, 刘滢滢.开设计算机数据采集系列实验提升物理实验技术水平[J].实验技术与管理, 2012 (04)
物理学模拟电子技术的 篇9
关键词：火山泥石流,实验装置,体积浓度,堆积范围
火山泥石流(lahar),狭义指火山爆发后奔腾流动的火山碎屑和水的混合流体;后扩展为伴随着火山喷发,由火山湖泊水突然溢出或火山喷发造成的高温融化的火山顶冰雪所形成的突然增多的水流,夹杂着火山碎屑物质、岩浆等,在重力作用下,沿着火山的沟谷或山坡一起向下快速流动的一种特殊洪流[1]。从人类有记载以来,火山泥石流给人类带来严重灾害的例子不胜枚举。如最近发生的2015年智利维利亚里卡火山喷发次生的火山泥流[2],给当地造成了严重的人员伤亡和财产损失。火山泥石流是潜在火山喷发危险区内重要的火山次生灾害。
我国学者为开展泥石流研究在20世纪80年代末设计了动力学模拟实验室[3,4],为泥石流流速、堆积模式、流量、饱和浓度等研究提供了基础[5—10]。近年来,许多学者利用自制模型槽进行泥石流研究[11,12],为了进一步开展火山泥石流基础理论研究,揭示火山泥石流的体积浓度、泥石流堆积范围变化规律,为防治泥石流灾害提供理论依据和科学方法,研制火山泥石流室内模拟实验装置十分重要。为此,基于对长白山火山泥石流的研究,研发了火山泥石流室内物理模拟试验装置。利用该装置进行火山泥石流物理实验,不仅能测试泥石流体积浓度影响因素,还能进行泥石流危险范围变化规律分析,研究火山泥石流运动特征。
1 火山泥石流室内物理模拟实验装置
1.1 装置及主要部件
火山泥石流室内模拟实验装置,包括供水箱、物源槽、安放物源槽的操作台、流通槽、堆积板、安放堆积板的铁架和尾料回收系统(图1)。供水箱放在地上,通过水泵抽水到物源槽后侧的进水口,物源槽进口端高于出口端,物源槽出口端与流通槽进口端相连接,流通槽进口端高于出口端,流通槽进口端与操作台轴式相接,流通槽出口端由可升降的铁支架固定,堆积板与流通槽相接,尾部设有与尾料处理系统连接的出水管。供水箱里水通过水泵从所述物源槽进口端的进水口进入,与物源槽里的土石料混合形成泥石流体沿流通槽流动后在所述堆积板沉积,大量水及少量细粒土石流入尾料槽内。
1.2 主要功能
1.2.1 泥石流流速测试
试验测定泥石流暴发的流速包括表面流速和平均流速。其中,表面流速结合现场测试和高速摄像机录像计算两种方式获取。现场测试是通过在泥石流体爆发时投掷乒乓球浮标,同时用秒表计时获取。虽然这种方法操作简单,但受人为因素影响较大,并且泥石流暴发速度较快时采用该方法误差较大。高速摄像机录像计算是实验时用高速摄像机录像,实验后对录像采用示踪解译法获取较为准确的泥石流表面流速,最后通过二者结合取平均值的方式计算泥石流表面流速。泥石流暴发的平均流速则由泥石流流深,暴发量及暴发时间结合求出。
1.2.2 泥石流体积浓度测试
泥石流暴发容重,输沙体积浓度则是由暴发时接取泥石流样品,试验结束后对样品进行量筒测量及电子称称量方式获取。
1.2.3 泥石流危险范围变化规律分析
利用该实验装置进行泥石流危险范围的模拟试验,可以调节泥石流暴发的水源流量、总水量、流通区水槽坡度和堆积板坡度四个控制条件,并对堆积板上泥石流堆积体的长度、宽度、厚度、面积及暴发量进行测定,分析泥石流危险范围随主要影响因素变化规律。
2 火山泥石流室内物理模拟实验装置的特点
火山泥石流是由于火山爆发而形成的,其启动过程与普通暴雨型泥石流不同。本实验装置是在充分考虑这种启动机理差异的基础上而进行设计的。实验装置如图2所示。
(1)物源槽后侧设置出水口,对应于火山泥石流由火山喷发而造成火口湖溃决或冰雪融化形成的大量快速水源的特点。
(2)物源槽底铺设柔性网,下部支撑端有活动转轴,上部支撑端设置多个卡槽,物源槽坡度可调节范围为0°~20°。
(3)供水箱位于地上,由PPR管及消防管与物源槽后的出水口连接,供水箱的出水管装有电磁流量计及阀门控制物源槽后出水口水的流量及流速。
(4)流通槽,长2.4 m,宽30 cm,高40 cm,由有机玻璃、角铁支架和麻纹钢板组装而成。侧壁为透明有机玻璃板,槽底为麻纹钢板。流通槽上部与操作台轴式相接,下端与可升降的铁支架固定,同时设有两根双向螺纹杆支撑,其变坡范围为0~35°。
(5)堆积板由麻纹钢板、铁托板、铁管支架及角度调节系统等组成。尾部设有出水孔,与地下的尾料处理系统相连。角度调节系统包括前后两端的两个铁葫芦和铁链、四根双向螺纹杆和角度测试仪。
(6)尾料箱为一个由聚丙烯制成的容积约0.63m3长方形储水储料池,位于堆积板末端的地面下。尾料箱中放置小型两相排污泵,尾料可直接排出或提取进行循环试验。
3 火山泥石流运动特性研究
3.1 火山泥石流输沙体积浓度实验[13]
取长白山二道白河的火山碎屑堆积物样品,流通槽底部铺15~25 cm厚度不等的实验材料,流通槽分别设置为7.5°、9°、12°、15°、17°、20°、22°、24°和26°9种坡度。供水水源流量为6.1 m3/h,实验泥石流体的流量、体积浓度及容重等参数通过铁盆、大量筒、电子称及秒表等测得。记录不同条件下的泥石流先端部及平均输沙体积浓度值。
通过室内水槽模拟泥石流实验表明(图3),泥石流输沙体积浓度随着流通水槽坡度变化的曲线呈上凸状,并逐渐趋于平缓。利用该实验装置进行泥石流体积浓度实验与前人研究得到相同的变化规律。
3.2 泥石流堆积范围实验[14]
以长白山二道白河的火山碎屑堆积物样品,选取水槽坡度、堆积区坡度、水源流量和总水量四个影响因素进行泥石流危险范围模拟试验。分析泥石流危险范围随四个相关影响因素变化情况。泥石流堆积实验照片与等值线叠加如图4所示。
实验结果分析表明泥石流危险范围的堆积扇面积受以上四个因素的影响都较大,其中以总水量影响最大。总体上泥石流堆积扇的堆积面积随着总水量、水槽坡度、堆积区坡度和水源流量的增加呈逐渐增大的趋势。
4 结语
物理学模拟电子技术的 篇10
一、物理现象演示模拟
演示模拟是把计算机当作挂图和电视屏幕，通过向学生演示各种图象、动画、图表和描述等进行教学活动，非常适合于辅助课堂教学。演示模拟能展现通常难以观察的微观世界和宏观世界。物理中许多微观结构和微观现象即看不见，又摸不着，演示实验也无法做成。应用物理课件进行现象演示模拟，这些问题就迎刃而解了。
如“原子结构”教学中，传统的“a粒子散射实验”只能得出a粒子散射的规律，不能演示a粒子散射的微观机理，利用课件模拟演示a粒子散射现象，学生可逼真地看到放射源中射出的a粒子射到金属泊的原子上，绝大多数a粒子仍沿原方向前进，少数a粒子发生较大的偏转，有极少数的a粒子偏转角超过了900，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到1800。学生目睹了a粒子散射的“真实情景”后，便于理解和掌握原子核式结构理论。
二、物理过程模拟
自然界中，有许多稍纵即逝的物理过程，只有通过极为细心的观察才能把握，经过认真的分析才能理解，然而对于观察能力还不够强的学生来说，却是件很困难的事情，要想在教学中达到良好的效果，就必须把这样的快镜头变为慢镜头，适当延长过程的时间，让学生有比较充裕的时间进行观察和分析，从而掌握现象的本质。
例如，讲授“电流的形成”时，虽然电流是真实存在的，但它却看不见。摸不着，学生是观察不到的。如果靠学生自己去想象，难度是较大的，而借助多媒体课件用动画的形式模拟出电流的形成，并与水流的形成进行类比，将“短暂电流的形成”与“短暂水流的形成”进行类比，将“持续电流的形成”与“持续水流的形成”进行类比，制作了4个动画片段，变抽象为直观、形象，从而有助于学生理解和掌握“电压是形成电流的原因，电源是提供电压的装置”这一知识点，突破本节的难点和重点，整个过程既生动形象，又揭示物理本质。
三、演示实验模拟
一些传统的演示实验，有如准确性差、过程模糊、受控因素多等缺点。因此，教学中如能在发挥传统演示实验的基础上，配合以多媒体课件演示，可以达到更好的教学效果。
比如在教学“平抛物体的运动”时，教科书中采用了闪光照相的方法研究平抛运动，以两个小球同时运动的照片说明平抛物体与自由落体运动在水平方向的运动不同，但他们在竖直方向上的运动是相同的，如果我们据此结论设计出一组小球同时做各种初速度的平抛运动的动画，则更便于学生对闪光照相结论的理解掌握，将此动画与平抛公式对照分析，有助于学生把握公式物理意义的内涵。当然，模拟毕竟是被理想化了的模型，对一些操作方便、效果明显的实验，无论从真实性还是效果看，都不宜用计算机模拟。
四、实验操作模拟
物理是一门以观察和实验为基础的科学，实验是教学的有机组成部分。学生亲自动手参加实验可熟悉各种实验仪器的使用方法，增加感性认识，增强动手能力，有利于培养进行科学研究的兴趣。这是任何模拟实验都不能代替的。但有的实验学生很容易忘记或记忆模糊，对于那些不适合重复进行的实验，可以在适当的时候，利用多媒体课件再给学生提供一个虚拟的实验室。
例如，在讲授完欧姆定律后，为了帮助学生更好地掌握这部分电学知识，我选择了一个以“电路的实物连接”为中心内容的多媒体课件。课件中有虚拟的电源、开关、电阻、灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、导线等器件，学生可以在计算机上自选连接方法，自选器材，组成很多不同的电路形式，按不同的电路图对实物进行连接，这样的实验克服了许多硬件实验的不便之处，还可以进行任意次的重复，达到复习和巩固的目的。因此，将多媒体课件进行的模拟实验和传统的硬件实验有机结合起来，能收到良好的教学效果。
在大力提倡素质教育的今天，物理教学不仅需要培养学生良好的科学素养，还需要培养学生的创造意识与创新精神。只有在实践中不断研究和探索使用多媒体课件辅助物理教学的方法和技巧，才能使这一现代教育技术显示出更强大的生命力。
【参考文献】
[1]陈勇刚 《高中物理学生实验多媒体系列课件的开发与思考》 2002年1月
[2]邓鸠洲 《信息技术与物理课程整合研究》 2002年8月
物理学模拟电子技术的 篇11
一、物理器材实验有其自身的优势
1.和多媒体模拟实验相比,物理器材实验更真实、更有效。
多媒体模拟实验是在真实成功实验基础上的模拟再现,所做的模拟实验一定会出现 (也只能出现) 理想和预期的结果,确实很方便、很美观,也很理想化,老师常常乐于使用这种方法。但它不能反映实验规律的真实性,因为实践是检验真理的唯一标准,多媒体模拟实验的结论是不能十分令人信服的,而物理器材实验得到的数据则更真实,现象更直观,结论更可信,更有说服力,往往不容置疑。
笔者听了一堂《探究弹簧弹力和弹簧伸长长度的关系》的公开实验探究课。教师整堂实验探究课都用多媒体课件探究,从刻度尺、钩码的个数,到弹簧伸长的示数,多媒体模拟实验做得都十分漂亮,数据非常精确,动态效果很好,课堂实验探究中“学生反应良好”,公开实验探究课“顺利、成功”地完成。但课下听许多同学议论:多媒体模拟实验课件做得很漂亮,可真实的实验数据真是这样的吗?没有误差吗? 学生普遍不太相信。然而笔者以往用物理器材做实验进行教学时,就不会出现这种现象。
物理学是一门实验科学,为了促进探究式物理教学,物理教学中尽可能多地进行物理器材实验探究是必要的。无论是学生分组实验,还是老师演示实验,甚至课外小实验,都希望返璞归真, 尽可能以人们容易获得的、真实的实验器材来实现。老师应该让学生自己动手做实验, 自己动脑分析实验数据,总结实验规律,老师在旁加以引导,从而进一步探寻物理世界的规律。多媒体动画可以用来分析和解释那些无法直接观察到的内容,而这个实验完全无需动辄动画,其很明显是完全可以通过学生实验完成, 这样让学生亲身体会一下实验过程,更有利于知识学习与巩固。
2.和 多 媒 体 模 拟 实 验 相 比 , 物 理 器 材 实 验 更 有 利 于 学 生科学思维探究和创新能力的培养。
物理课堂教学并不是一种简单的、教条式的教学,应以学生为主体、教师为引导者组织进行教学。教师可以根据学生这个主体的变化,随时变革和调整课堂教学方式和方法,尽可能调动学生积极性和主动性,努力激发学生学习和探究的潜能。而要实现这些目标, 物理教学中用多媒体模拟实验模拟物理实验进行教学,较难满足要求。原因是多媒体模拟实验是老师在上课前就已经做好的,是一种“理想化的实验”,特别多媒体模拟实验数据精确、没有差错、完美无缺,给人不真实的感觉。这样,学生思维、探究、创新能力就很难得到发展和培养。但物理器材实验完全可以弥补多媒体模拟实验的缺陷, 学生在做物理器材实验或教师在做演示实验时可能会遇到“意想不到”的问题,虽然实验课上得很“不顺”,但这往往能带动学生课堂学习气氛,激发学生学习物理的乐趣,从而使实验教学处于真正的“探究”之中,对培养学生优良探究意识和创新才能有很大帮助。
记得笔者有一次给学生做《描绘小电珠伏安特性曲线》的实验,连接电路时有一根电线内部断了,电路连接好后灯没亮,在检查线路连接过程中没有发现任何问题。这下热闹了,学生纷纷提出建议:有的说是灯坏了要换灯;有的说是电池没电了要换电池;也有的说是电线内部断线要换电线。各种说法都有,连平时听课总爱睡觉的几个后进生的兴趣都激发了出来, 开始两眼炯炯有神地和周围同学们积极讨论起来,给老师提建议。尽管教室里“像超市”,但从那以后学生每次自己做物理器材实验或看教师做演示实验时都极有兴趣,遇到故障时都能认真对待,积极思考,主动探究,解决问题,不再像以前那样等待教师告知答案。而且学生每次自己解决好问题之后,都会自豪地跑来告诉老师,并提出自己的想法,在教师的鼓励下使他们更喜欢物理了。这样大大激发学生学习物理的兴趣,而在使用多媒体模拟实验教学时,很少能达到这样的效果。
二、比起物理器材实验,多媒体模拟实验也有它的优势
1.多媒体模拟实验课件是介绍如何使用实验仪器的好助手。
物理实验教学过程中经常会出现一些学生从未见过的实验仪器。教师清楚介绍它们的结构、原理、性能及使用方法就成为做好物理实验的前提, 这时如果使用多媒体课件模拟实验仪器,老师教起来就会轻松许多。
如给学生介绍如何使用螺旋测微器这种实验器材时,因螺旋测微器个头较小,它上面的读数那就更小了,向全班学生讲解,第一排座位的学生大都看不清,如果一组一组讲解既费时效率又低,给教学带来很大困难。怎么才能向学生介绍清楚如何读数呢? 这时如果利用多媒体动画将“如何使用螺旋测微器”制作成课件,再对照学生手中的实验器材进行讲解,学生学习起来就更直观、更容易、更理想了。
2.多媒体 模 拟 实 验 能 对 已 完 成 的 物 理 器 材 实 验 进 行 验 证 。
实验过程中,由于一些物理实验操作不易控制(如速度很快等 ),或者存在 环境和人 为的某种 干扰 ,或者误差 比较大等,就会影响物理实验的顺利完成,常常造成学生对主要物理现象的观察不甚详细和不明了, 从而不能得出准确的结论或不能很好地验证物理规律,影响教学效果。若我们先做真实的物理器材实验,再用多媒体动画模拟演示,把主要物理现象尽可能展示出来, 这样会大大提高物理实验教学效率。
如研究电流与电压和电阻关系时,由于电源电压不足、短路和断路等因素影响,实验结论不够明显,就可以先做实验,然后通过多媒体模拟验证, 从而帮助学生分析实验中的优点和不足,矫正实验结论。
3.比 起 物 理 器 材 实 验 , 多 媒 体 模 拟 实 验 可 以 模 拟 一 些 物理实验室无法完成的实验。
多媒体模拟实验能够把一些抽象的物理规律、现实中人难以直接操作的实验、不易观察清楚的物理变化过程等一一用直观的模拟方式呈现出来。
例如,在讲述横波在介质中的形成和传播规律时,我们可将介质设定成肉眼可直接观察到的“圆形小球”,变“无形”的介质为“有形”的小球,通过观察“圆形小球”在平衡位置附近往返运动,同时对比水波形成和传播规律,学生很容易弄清横波在介质中的形成和传播规律。又如在《开普勒三定律( 轨道定律、面积定律、 周期定律 )》的教学中 , 我们可预先用多媒体动画软件把太阳和地球、火星等九大行星等按天体中的坐标放置好,使它们按实际情况运转起来,然后老师和学生一起探究和验证开普勒三定律。这种情况,多媒体模拟实验比起物理器材实验显得更直观、更形象、更具体、更生动,学生一看就明白,理解起来容易,掌握起来自然又快、又牢、又好。
三、物理器材实验和多媒体模拟实验优势互补,实现教学的优化
物理学是自然科学的带头学科, 是一门以实验作为检验真理唯一标准的学科,还是一门重视探究、崇尚逻辑推理的学科。为了帮助学生理解物理知识,提高探知物质世界规律的兴趣,物理课本中的学生实验和演示实验显得尤为重要。而多媒体模拟实验在物理实验教学中的使用,则进一步促进物理实验在教学内容、教学方式、教学过程等方面的全面优化;有效改善物理实验教学的多样性和表现力,优化教学效果,从而实现物理器材实验和多媒体模拟实验的优势互补。
如在一次物理说课比赛中,某老师对《平抛运动》的教学设计如下:首先通过小球沿水平方向抛出做曲线运动引出平抛运动的课题,利用多媒体动画课件模拟平抛运动;接着介绍平抛运动的定义及其条件;然后借助课件动画一步一步慢慢地模拟展示真实实验,引导学生分析,并得出平抛运动的规律……笔者觉得这节课只能说是基本实现了教学目标,因为学生对平抛运动的特点及其规律只是硬性接受了,而没有真正理解。这节课中,课本要求的探究实验是必须做的。课本中的实验通过让两个小球同位置同时分别做自由落体运动和平抛运动,引导学生分析,并得出平抛运动的规律,给学生以真实感,激发学生探究物理规律的兴趣,培养学生探究物理规律和分析处理数据的能力。应该讲这是多媒体课件不能替代的,但是我们可以利用多媒体课件把这两个小球做自由落体运动和平抛运动的频闪照片一张一张地放映,然后引导学生分析,这样可以使学生更深刻地理解平抛运动的性质及规律。