專利名稱：內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的電子裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一禾中內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的電子裝M其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的普及，現(xiàn)在越來(lái)越重視學(xué)生的動(dòng)手能力及思維能力。 但是，實(shí)際投入經(jīng)費(fèi)多，往往是一節(jié)課老師講一個(gè)實(shí)驗(yàn)， 一個(gè)班級(jí)的同學(xué) 做相同的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，模式僵化，教學(xué)方式呆板，而且學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)間又 少，效果不理想。另外，很多教師使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，傳授給學(xué)生知識(shí)的方式 仍停留在"教"的基礎(chǔ)上，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力不強(qiáng)。而一直以來(lái)，物理學(xué) 就是以探索為學(xué)習(xí)手段的，讓學(xué)生自己去探索、研究學(xué)習(xí)已經(jīng)刻不容緩。
目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)進(jìn)行內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的電子裝置及其控制 方法的實(shí)驗(yàn)研究，因此，如何針對(duì)學(xué)生自己探索、研究物理力學(xué)知識(shí)，采 用人機(jī)交互形式，模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)場(chǎng)景，建立電子裝置的學(xué)習(xí)系 統(tǒng)和控制方法來(lái)幫助學(xué)生仿真操作物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)，以方便、直觀地呈現(xiàn)實(shí) 驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高學(xué)生動(dòng)手能力、思維能力、創(chuàng)新能力的電子裝置 以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果控制方法的實(shí)驗(yàn)研究，是教學(xué)領(lǐng)域迫切需要解決 的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種讓學(xué)生 自己探索、研究物理力學(xué)知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，采用人機(jī)交互形式，模擬物理力 學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)場(chǎng)景，通過(guò)本電子裝置的學(xué)習(xí)系統(tǒng)和控制方法來(lái)幫助學(xué)生仿 真操作物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)，以方便、直觀地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高學(xué) 生動(dòng)手能力、思維能力、創(chuàng)新能力的電子裝置。本發(fā)明的另一目的是提供 了一種模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的控制方法。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到
這種內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)馬針湯景的電子裝置，其物紋處在于，它包括 一中央處理單元(MCU)，用于處理程式指令并執(zhí)行相應(yīng)運(yùn)算；
一顯示驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，支持單色LCD和真彩 高分辨率LCD，用于顯示圖形、圖像(視頻、動(dòng)畫(huà))、文字信息；
一存儲(chǔ)單元，經(jīng)總線連接于中央處理單元，用于存儲(chǔ)用戶信息、與物 理力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息，如，實(shí)驗(yàn)課題、課件、器件圖庫(kù)及函數(shù)庫(kù)；
一觸摸屏及控制電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，用于接收用戶輸 入及操作指令，其輸入裝置包括觸摸屏、手寫(xiě)筆；
一鍵盤(pán)控制電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，用于接收用戶輸入及 操作指令，其輸入裝置包括諸如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)；
一 VGA視頻輸出接口 ，經(jīng)總線連接于中央處理單元，并可外接投影機(jī)， 用于將實(shí)5僉內(nèi)容及過(guò)程通過(guò)投影機(jī)投影到大屏幕，便于演示和交流；
一USB通訊接口及供電電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，并經(jīng)總線 外接電腦，用于與電腦聯(lián)接進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)升級(jí)；
一無(wú)線數(shù)據(jù)通訊接口，經(jīng)總線連接于中央處理單元，并經(jīng)總線外接于 其它用戶，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊和點(diǎn)對(duì)多數(shù)據(jù)群發(fā)通訊。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到
這種實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法，其特 殊之處在于，包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建并設(shè)置器件屬性(步驟101);
(2) 判斷是否運(yùn)行涉驟102);
(3) 若步驟102的判斷結(jié)果為否，則重新判斷是否運(yùn)行(步驟102);
(4) 若步驟102的判斷結(jié)果為是，則調(diào)用Kernal函數(shù)根據(jù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的當(dāng) 前狀態(tài)計(jì)算它的下一個(gè)狀態(tài)(步驟103);
(5) 計(jì)算各物理參數(shù)的影響(步驟104);
(6) 對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象位置的修正(步驟105)后返回步驟103;
(7) 得到運(yùn)動(dòng)對(duì)象新的狀態(tài)，包括位置、速度、加速度、受力(步驟106);
(8) 判斷是否達(dá)到每脈掃描次數(shù)涉驟107);
(9) 若步驟107的判斷結(jié)果為否，則結(jié)束(步驟109);
(10) 若步驟107的判斷結(jié)果為是，則經(jīng)"調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象， 輸出參數(shù)"(步驟108)轉(zhuǎn)入結(jié)束(步驟109)。
所述步驟104中的各物理參數(shù)包括以下內(nèi)容
計(jì)算重力的影響；
計(jì)算電場(chǎng)的影響；
計(jì)算磁場(chǎng)的影響；
計(jì)算萬(wàn)有引力的影響；
計(jì)算彈簧的影響；
計(jì)算支撐體的影響；
計(jì)算點(diǎn)電荷的影響；
計(jì)算直線軌道的影響；
計(jì)算圓弧軌道的影響；
計(jì)算細(xì)繩的影響；
計(jì)算剛桿的影響；
計(jì)算釘子的影響；
計(jì)算滑輪的影響；
計(jì)算阻尼介質(zhì)的影響。
模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟 (l)創(chuàng)建若干個(gè)相同的實(shí)驗(yàn)中表示炸彈的小球重疊置于一定高度處，且
分別對(duì)若干個(gè)小球給定初速度，且設(shè)置運(yùn)行時(shí)顯示軌跡，將第六個(gè)小球添
加實(shí)驗(yàn)中飛機(jī)貼圖涉驟1011);
(2) 創(chuàng)建輔助點(diǎn)，其方向是水平的，大小對(duì)應(yīng)的是貼圖對(duì)象運(yùn)行的速度， 創(chuàng)建阻尼介質(zhì)來(lái)模擬真實(shí)環(huán)境的空氣阻力(步驟1012);
(3) 用程序編輯器來(lái)編輯一段控制代碼來(lái)控制運(yùn)動(dòng)對(duì)象在運(yùn)行過(guò)程中的 狀態(tài)(步驟1013)。
模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈的實(shí)驗(yàn)編輯器的步驟1013進(jìn)一步包括以下
步驟
(1) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，轉(zhuǎn)下一步驟時(shí)分為三路(步驟201);
(2) 運(yùn)動(dòng)對(duì)象Lfy:9.8(步驟202);
(3) 判斷t是否大于等于l(步驟203);
(4) 若步驟203的判斷結(jié)果為否，則返回步驟202;
(5) 若步驟203的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.fy二0(步驟204);
(6) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.y是否小于零(步驟205);
(7) 若步驟205的判斷結(jié)果為否，則返回步驟204;
(8諾步驟205的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.y^;運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.fy4)，運(yùn) 動(dòng)對(duì)象1.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.vy二O(步驟206); (9)結(jié)束(步驟228);
(D)承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.fy:9.8(步驟207);
(U)判斷t是否大于等于2(步驟208);
幼若步驟208的判斷結(jié)果為否，則返回步驟207;
(L3)若步驟208的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.fy二0(步驟209);
(!4)判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.y是否小于O(步驟210);
(L5)若步驟210的判斷結(jié)果為否，則返回步驟209;
站若步驟210的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.y二0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.fy^0;運(yùn) 動(dòng)對(duì)象2.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.vy二0(步驟211); W結(jié)束(步驟228);
胸承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象3^=9.8(步驟212);
(L9)判斷t是否大于等于3(步驟213);
瀏若步驟213的判斷結(jié)果為否，則返回步驟212;
(21) 若步驟213的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy二0(步驟214);
(22) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.y是否小于()(步驟21.5);
(23) 若步驟215的判斷結(jié)果為否，則返回步驟214;
(24) 若步驟215的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.y二0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy二()；
運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.vx二0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.vy^0(步驟216);
(25) 結(jié)束(步驟228);
(26) 承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.fy:9.8(步驟217);
(27) 判斷t是否大于等于4(步驟218);
(28) 若步驟218判斷結(jié)果為否，則返回步驟217;
(29) 若步驟218的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.fy二0(步驟219);
(30) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.y是否小于O(步驟220);
(31) 若步驟220的判斷結(jié)果為否，則返回步驟219;
(32) 若步驟220的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.y=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.fy二0; 運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.vy^(步驟221);
(33) 結(jié)束(步驟228);
(34) 承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fy:9.8(步驟222);
(35) 判斷t是否大于等于5(步驟223);
(36) 若步驟223的判斷結(jié)果為否，則返回步驟222;
(37) 若步驟223的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fy-0(步驟224);
(38) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.y是否小于O(步驟225);
(39) 若步驟225的判斷結(jié)果為否，則返回步驟224;
(40) 若步驟225的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象5戶0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fy=0; 運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.vy^0(步驟226);
(41) 運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.vy^(步驟227);
(42) 結(jié)束(步驟228)。
驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建三個(gè)各參數(shù)相同的運(yùn)動(dòng)對(duì)象涉驟3011);
(2) 創(chuàng)建三條參數(shù)相同車(chē)爐A、 B、 C，給車(chē)爐A添加大阻尼介質(zhì)，車(chē)爐 B添加較小阻尼介質(zhì)，軌道C不添加阻尼介質(zhì)(步驟3012)。
驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l份析運(yùn)動(dòng)對(duì)象的軌跡，驗(yàn)證牛頓第一定律(步驟3013)。
驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建質(zhì)量分別為lkg、 2kg、 3kg的運(yùn)動(dòng)對(duì)象A、 B、 C，對(duì)應(yīng)的分別 施以2牛頓、2牛頓、3牛頓的水平外力(步驟3021);
(2) 對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象加以動(dòng)態(tài)注釋來(lái)分別顯示的加速度大小(步驟3022)。 驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l)分析運(yùn)動(dòng)對(duì)象加速度與質(zhì)量，外力的影響，驗(yàn)證牛頓第二定律(步驟
3023)。
驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建質(zhì)量分別為lkg的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，且運(yùn)行時(shí)不考慮重力影響，同時(shí) 創(chuàng)建一彈簧，倔強(qiáng)系數(shù)為100牛/米，原長(zhǎng)為0.8米， 一端接運(yùn)動(dòng)對(duì)象，另 一端置于坐標(biāo)原點(diǎn)上(步驟401);
(2) 對(duì)彈簧做彈簧的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度和彈力的動(dòng)態(tài)注釋涉驟402)。 驗(yàn)證胡克定律實(shí)芬全場(chǎng)景的步驟102進(jìn)一步包括以下步驟 (l)拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)象(步驟403)。
驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l汾析彈力與倔強(qiáng)系數(shù)，彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)度的影響，斷正胡克定律(步驟404)。 模擬萬(wàn)有引力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建質(zhì)量為6e24kg，半徑為5.0e6米的運(yùn)動(dòng)對(duì)象來(lái)模J^也球，且置于 原點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)不考慮重力，只考慮運(yùn)動(dòng)對(duì)象間萬(wàn)有引力(步驟501);
(2) 創(chuàng)建水平初速度為7900米/秒，且坐^示置于(0，6450000)(步驟502);
(3) 創(chuàng)建輔助點(diǎn)矢量，輔助點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示人造衛(wèi)星水平方向的速度，矢量 比例設(shè)置為4000(步驟503);
(4) 拖動(dòng)輔助點(diǎn)箭頭，調(diào)節(jié)人造衛(wèi)星的水平初速度(步驟504)。 模擬萬(wàn)有引力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l)分析運(yùn)動(dòng)物體間的引力關(guān)系，驗(yàn)證萬(wàn)有引力(步驟505)。 模擬機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟 (l)創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)對(duì)象，置于20米高度(步驟601); (2度量編*離來(lái)創(chuàng)艇動(dòng)對(duì)象的重力勢(shì)能、動(dòng)能以及機(jī)械敏步驟602); (3喻」建輔助點(diǎn)，示運(yùn)動(dòng)對(duì)象的重力勢(shì)能、動(dòng)能以及機(jī)械能(步驟603)。 禾莫擬機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l份析總機(jī)械能與重力勢(shì)能、動(dòng)能三者之間的影響，驗(yàn)證機(jī)械能守叵(步 驟604)。
模擬完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建兩個(gè)質(zhì)量相同的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，用兩根繩子分別掛起置于同一個(gè)高 度(步驟701);
(2) 將其中一個(gè)小球拉到一定高度(步驟702)。 模擬完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (1 0鵬兩傾動(dòng)膽的運(yùn)動(dòng)漲，分析鋭單性碰撞的現(xiàn)象(步驟704)。 模擬帶點(diǎn)小球在點(diǎn)電^^中的實(shí)5鈔湯景的步驟101 a^步皿以下步驟
(1) 創(chuàng)建一個(gè)正的點(diǎn)電荷(步驟801);
(2) 在點(diǎn)電荷周?chē)鷦?chuàng)建一圈帶電的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，且在試驗(yàn)中設(shè)置不考慮運(yùn) 動(dòng)對(duì)象之間的電荷吸引力；并且在運(yùn)動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)顯示里面選中顯示合外 力(步驟802)。
模擬帶點(diǎn)小球在S電^^中的實(shí) 鈔湯景的步驟102 J2^步皿以下步驟 (l)拖動(dòng)帶電運(yùn)動(dòng)對(duì)象(步驟803)。
模擬帶點(diǎn)小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步
驟
(l)通過(guò)觀察各運(yùn)動(dòng)對(duì)象的合外力來(lái)觀察帶電小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的影響 (步驟804)。
模擬回旋例子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟 (l液不考慮重力的情況下，創(chuàng)建一個(gè)大小為3特斯拉，方向是垂直向 外的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，再創(chuàng)建兩個(gè)大小都為10牛/庫(kù)，方向分別為90度和270 度的勻強(qiáng)電場(chǎng)置于磁場(chǎng)中，創(chuàng)建電量為1庫(kù)侖，初速度為0的運(yùn)動(dòng)對(duì)象置 于其中，運(yùn)動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)設(shè)置中顯示合力矢量(步驟901)。
模擬回旋例子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟
(1)mili効?jī)L的運(yùn)動(dòng)彭Lii以腿動(dòng)對(duì)象上的箭頭的大小和方向(步驟902)。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 不受實(shí)驗(yàn)條件、環(huán)鏡、實(shí)驗(yàn)儀器不足、設(shè)備欠缺的限制，可以隨時(shí) 隨地進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。
2、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)用圖像、文字、投影、動(dòng)畫(huà)等結(jié)合的方式，直觀、生 動(dòng)、形象的展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有利于學(xué)生觀察、分析、研究、理解物理知識(shí)。
3、 打破傳統(tǒng)的老師以"教"為主為學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生自已動(dòng)手研究、 探索問(wèn)題，有效提高學(xué)生實(shí)踐能力、動(dòng)手能力、動(dòng)腦能力。
4、 模擬真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)、探 索物理知識(shí)的積極性。


圖1是本發(fā)明內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的電子裝置的電路方框圖。 圖2是本發(fā)明控制方法的流程所依托的硬件平臺(tái)的電路方框圖。 圖3是本發(fā)明內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景控制方法的主流程圖。 圖4是本發(fā)明內(nèi)置模擬物理力學(xué)平臺(tái)模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈的實(shí) 驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。
圖5是本發(fā)明內(nèi)置模擬物理力學(xué)平臺(tái)模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈的實(shí) 驗(yàn)編輯器流程圖。
圖6 ~圖10是利用物理力學(xué)平臺(tái)做模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈的實(shí)驗(yàn) 場(chǎng)景的操作界面示意圖。
圖11是本發(fā)明內(nèi)置模擬物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。
圖12 ~圖14是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界 面示意圖。
圖15是本發(fā)明內(nèi)置模擬物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。
圖16 ~圖17是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界 面示意圖。
圖18是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。
圖19是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界面示意圖。
圖20是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證萬(wàn)有引力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。
圖21 ~圖22是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證人造地球衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界
面示意圖。
圖23是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。
圖24 ~圖25是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證機(jī)械能守f亙實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界面
示意圖。
圖26是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。 圖27是利用物理力學(xué)平臺(tái)5金證完全彈性5並撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的t喿作界面示意圖。 圖28是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證帶電小球在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的受力實(shí)驗(yàn)場(chǎng) 景的流程圖。
圖29是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證帶電小球在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的受力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)
景的操作界面示意圖。
圖30是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證回旋粒子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的流程圖。 圖31 ~圖32是利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證回旋粒子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作
界面示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明下面將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述
請(qǐng)參閱圖1所示，該電子裝置包括中央處理單元(MCU )，用于處理程 式指令并執(zhí)行相應(yīng)運(yùn)算；分別經(jīng)總線連接于中央處理單元(MCU)的顯示 驅(qū)動(dòng)電路，用于顯示圖形、圖像(視頻、動(dòng)畫(huà))、文字等信息；存儲(chǔ)器，用 于存儲(chǔ)用戶信息、與物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息，如，實(shí)驗(yàn)課題、課件、器 件圖庫(kù)及函數(shù)庫(kù)等；觸摸屏及控制電路，用于接收用戶輸入及操作指令， 其輸入裝置包括觸摸屏、手寫(xiě)筆等；鍵盤(pán)控制電路，用于接收用戶輸入及
操作指令，其輸入裝置包括諸如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等；VGA視頻輸出接口，外接
投影機(jī)，用于將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過(guò)程通過(guò)投影機(jī)投影到大屏幕，便于演示和交
流；USB通訊接口及供電電路，經(jīng)總線外接電腦，用于與電腦聯(lián)接進(jìn)行用 戶數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)升級(jí)；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊接口，經(jīng)總線與其它用戶點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù) 據(jù)通訊和點(diǎn)對(duì)多數(shù)據(jù)群發(fā)通訊，用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊和點(diǎn)對(duì)多數(shù)據(jù)群 發(fā)通訊。所述電子裝置可以是掌上型電腦(HPC)、電子詞典的一種。 請(qǐng)參閱圖2所示，分項(xiàng)說(shuō)明如下
顯示------采用65536萬(wàn)色LCD,通過(guò)16根數(shù)據(jù)線(RGB565)與CPU
相連，CPU控制LCD顯示情況。
角蟲(chóng)摸屏——采用四線電阻式觸摸，當(dāng)手指接觸屏幕，兩層ITO導(dǎo)電層 出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場(chǎng)，使 得偵測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測(cè)到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸 的坐標(biāo)，這就是電阻技術(shù)觸摸屏的基本原理。
NANDFLASH:詞典數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，底層程序，驅(qū)動(dòng)的存儲(chǔ)，留給用戶 的下載空間。開(kāi)機(jī)直接啟動(dòng)NANDFLASH，把驅(qū)動(dòng)程序，底層程序加載到 初始化OK的SDRAM中，啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)。
SDRAM采用雙片16M的SDRAM,通過(guò)32根數(shù)據(jù)線與CPU相連，
主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加載，數(shù)據(jù)程序緩存。
攝像采用130萬(wàn)象素CMOS SENSOR,可以拍照，錄像。與TFT LCD 相對(duì)比，CMOS SENSOR和TFT LCD正好是一對(duì)最佳拍檔。就如攝像機(jī)與 電視機(jī)是最佳拍檔一樣，攝像技術(shù)是通過(guò)透鏡成像于感光元件表面，通過(guò) 掃描方式從感光元件上的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，加上同步信號(hào)，傳輸出 來(lái)送到電視機(jī)，電視機(jī)則將攝像設(shè)備送過(guò)來(lái)的信號(hào)按照相同的同步方式， 用掃描的方式，將攝像感光元件表面的光強(qiáng)度進(jìn)行重現(xiàn)。CMOS SENSOR 與TFT LCD,—個(gè)是將畫(huà)面實(shí)時(shí)地傳送出來(lái)，一個(gè)是實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，所以， 在接口方面有相似之處。不過(guò)，由于CMOS SENSOR的輸出引腳相對(duì)較少，
19
是8位，而TFTLCD數(shù)據(jù)線16位，所以在CMOS輸出時(shí)只能一個(gè)基色一 個(gè)基色地傳送，而LCD則是一個(gè)像素一個(gè)像素地傳送。所以CPU在系統(tǒng) 中起的作用是將一個(gè)基色一個(gè)基色的信號(hào)存儲(chǔ)于FIFO中，處理后形成文件 或變換成LCD的數(shù)據(jù)格式直接向LCD傳送。
TV—interface—l.GPU把顯示的數(shù)據(jù)，資料送到顯存(就是顯示內(nèi)存) 處理。
從顯存進(jìn)入Digital Analog Converter (中文是"數(shù)模轉(zhuǎn)換器")中，資料 轉(zhuǎn)換的工作(把0和1轉(zhuǎn)換成圖像)。
從DAC通過(guò)TV-interface接口進(jìn)入顯示器。
所述VGA視頻輸出接口電路，主要包括高速DA轉(zhuǎn)換器件，由指定的 MCU芯片把RGB數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單外圍電路，變成 TV-interface,指定的MCU芯片主要作用把數(shù)字信號(hào)變成模擬信號(hào)。
請(qǐng)參閱圖3所示，該電子裝置的控制方法，包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建并設(shè)置器件屬性涉驟101);
(2) 判斷是否運(yùn)行(步驟102);
(3) 若步驟102的判斷結(jié)果為否，則重新判斷是否運(yùn)行(步驟102);
(4) 若步驟102的判斷結(jié)果為是，貝,用Kernal函數(shù)根據(jù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的當(dāng) 前狀態(tài)計(jì)算它的下一個(gè)狀態(tài)(步驟103);
(5) 計(jì)算各物理參數(shù)的影響(步驟104);
(6) 對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象位置的修正(步驟105)后返回步驟103;
(7) 得到運(yùn)動(dòng)對(duì)象新的狀態(tài)，包括位置、速度、加速度、受力(步驟106);
(8) 判斷是否達(dá)到每脈掃描次數(shù)涉驟107);
(9) 若步驟107的判斷結(jié)果為否，則結(jié)束(步驟109);
ao)若步驟107的判斷結(jié)果為是，則經(jīng)"調(diào)用redmw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象， 輸出參數(shù)"(步驟108)轉(zhuǎn)入結(jié)束(步驟109)。
所述步驟104中的各物理參數(shù)包括以下內(nèi)容 計(jì)算重力的影響；
計(jì)算電場(chǎng)的影響；
計(jì)算磁場(chǎng)的影響；
計(jì)算萬(wàn)有引力的影響；
計(jì)算彈簧的影響；
計(jì)算支撐體的影響；
計(jì)算點(diǎn)電荷的影響；
計(jì)算直線軌道的影響；
計(jì)算圓弧軌道的影響；
計(jì)算細(xì)繩的影響；
計(jì)算剛桿的影響；
計(jì)算釘子的影響；
計(jì)算滑輪的影響；
計(jì)算阻尼介質(zhì)的影響。
圖4 ~圖10示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)做模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈實(shí) 驗(yàn)場(chǎng)景的實(shí)施例。
請(qǐng)參閱圖4所示，模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn) 一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建若干個(gè)相同的實(shí)驗(yàn)中表示炸彈的小球重疊置于一定高度處，且 分別對(duì)若干個(gè)小球給定初速度，且設(shè)置運(yùn)行時(shí)顯示軌跡，將第六個(gè)小球添 加實(shí)驗(yàn)中飛機(jī)貼圖(步驟);
(2) 創(chuàng)建輔助點(diǎn)，其方向是水平的，大小對(duì)應(yīng)的是貼圖對(duì)象運(yùn)行的速度， 創(chuàng)建阻尼介質(zhì)來(lái)模擬真實(shí)環(huán)境的空氣阻力(步驟]012);
(3) 用程序編輯器來(lái)編輯一段控制代碼來(lái)控制運(yùn)動(dòng)對(duì)象在運(yùn)行過(guò)程中的 狀態(tài)(步驟1013);
模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 觀察炸彈在空中的位置關(guān)系，觀察炸彈落地點(diǎn)的關(guān)系(步驟106].);
(2) 結(jié)束(步驟109 )。
請(qǐng)參閱圖5所示，模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈的實(shí)驗(yàn)編輯器的步驟1013 進(jìn)一歩包括以下步驟
(1) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，轉(zhuǎn)下一步驟時(shí)分為三路(步驟201);
(2) 運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.fy^9.8(步驟202);
(3) 判斷t是否大于等于l(步驟203);
(4) 若步驟203的判斷結(jié)果為否，則返回步驟202;
(5) 若步驟203的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.fy^0(步驟204);
(6) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.y是否小于零(步驟205);
(7) 若步驟205的判斷結(jié)果為否，則返回步驟204;
(8) 若步驟205的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.y^O;運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.fy^，運(yùn) 動(dòng)對(duì)象1.vx二()；運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.vy二O(步驟206);
(9) 結(jié)束(步驟228);
(10) 承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.f"9.8(步驟207);
(11) 判斷t是否大于等于2(歩驟208); (^若步驟208的判斷結(jié)果為否，則返回步驟207; (L3)若步驟208的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.fy4)(步驟209); (L4)判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.y是否小于O(步驟210);
(!5)若步驟210的判斷結(jié)果為否，則返回步驟209;
C^若步驟210的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.y4);運(yùn)動(dòng)對(duì)象2#=0;運(yùn) 動(dòng)對(duì)象2.vx4);運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.vy^0(步驟211); (17)結(jié)束(步驟228);
胸承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy二9.8(步驟212);
的判斷t是否大于等于3(步驟213);
幼若步驟213的判斷結(jié)果為否，則返回步驟212;
(21) 若步驟213的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy^(步驟214);
(22) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.y是否小于O(步驟215);
(23) 若步驟215的判斷結(jié)果為否，則返回步驟214;
(24) 若步驟215的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.y=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy=(); 運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.vy4)(步驟216);
(25) 結(jié)束(步驟228);
(26) 承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.fy二9.8(步驟217);
(27) 判斷t是否大于等于4(步驟218);
(28) 若步驟218判斷結(jié)果為否，則返回步驟217;
(29) 若步驟218的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象4辦=0(步驟219); (3())判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.y是否小于O(步驟220);
(31) 若步驟220的判斷結(jié)果為否，則返回步驟219;
(32) 若步驟220的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.y-0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.fy二()； 運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.vy^(步驟221);
(33) 結(jié)束(步驟228);
(34) 承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fy二9.8(步驟222);
(35) 判斷t是否大于等于5(步驟223);
(36) 若步驟223的判斷結(jié)果為否，則返回步驟222;
(37) 若步驟223的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象5辦=0(步驟224);
(38) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.y是否小于O(步驟225);
(39) 若步驟225的判斷結(jié)果為否，則返回步驟224;
(40) 若步驟225的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.y二0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fy=0; 運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.vy^0(步驟226);
(41) 運(yùn)動(dòng)對(duì)象LvyO(步驟227); (犯)結(jié)束(步驟228)。
請(qǐng)參閱圖6 ~圖10所示，通過(guò)力學(xué)平臺(tái)模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈的 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
請(qǐng)參閱圖6所示，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出模擬真實(shí)器材的實(shí)驗(yàn)器件 實(shí)現(xiàn)方法
①觸摸筆選擇"運(yùn)動(dòng)對(duì)象"按鈕；
② 調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出小球 圖象；
③ 再使用復(fù)制、粘貼工具連續(xù)添加五個(gè)；
④ 使六個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象在同一位置重疊；
請(qǐng)參閱圖7所示，畫(huà)完運(yùn)動(dòng)對(duì)象后，分別對(duì)六個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象定義變量、 顯示運(yùn)動(dòng)軌跡，并將第六個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象添加貼圖，系統(tǒng)調(diào)用redmw函數(shù)，輸 出參數(shù)，運(yùn)用算法自動(dòng)記錄定義的變量，并在圖象輸出區(qū)畫(huà)出貼圖。
請(qǐng)參閱圖8所示，點(diǎn)擊"菜單"中的"輔助點(diǎn)"，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置后， 系統(tǒng)運(yùn)用算法在圖象輸出區(qū)畫(huà)出輔助點(diǎn)圖片，并且可以拖動(dòng)輔助點(diǎn)來(lái)改變 它的數(shù)值。
請(qǐng)參閱圖9所示，點(diǎn)擊"阻尼介質(zhì)"按鈕，模擬真實(shí)環(huán)境中的空氣阻 力，系統(tǒng)運(yùn)用算法，自動(dòng)生成阻尼介質(zhì)的圖片。
請(qǐng)參閱圖IO所示，用程序編輯器來(lái)編輯一段控制代碼來(lái)控制運(yùn)動(dòng)對(duì)象 在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)，點(diǎn)擊"運(yùn)行"按鈕，系統(tǒng)在圖象輸出區(qū)模擬真實(shí)場(chǎng) 景中的飛機(jī)投彈實(shí)驗(yàn)，飛機(jī)投下來(lái)的炸彈因?yàn)橹霸O(shè)置的阻尼介質(zhì)模擬了 真實(shí)環(huán)境中的空氣阻力因素，所以運(yùn)行軌跡是不規(guī)律的，系統(tǒng)運(yùn)用算法自 動(dòng)處理程序編輯器中的程序，動(dòng)態(tài)的顯示整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并調(diào)用redraw函 數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖象。
圖11 ~圖14示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的實(shí)施例。
牛頓第一定律"一切物體總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到 有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。"
請(qǐng)參閱圖11所示，驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括 以下步驟
(1) 創(chuàng)建三個(gè)各參數(shù)相同的運(yùn)動(dòng)對(duì)象(步驟3011);
(2) 創(chuàng)建三條參數(shù)相同軌道A、 B、 C，給軌道A添加大阻尼介質(zhì)，軌道 B添加較小阻尼介質(zhì)，軌道C不添加阻尼介質(zhì)(步驟3012)。
驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一歩包括以下步驟
(l)分析運(yùn)動(dòng)對(duì)象的軌跡，驗(yàn)證牛頓第一定律(步驟3013)。
請(qǐng)參閱圖12 ~圖14所示，通過(guò)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作 界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
請(qǐng)參閱圖12所示，新建一個(gè)實(shí)驗(yàn)，添加三個(gè)傾斜的直線軌道、三個(gè)水 平的直線軌道、三個(gè)起始角240度，終止角270度的圓弧軌道，所有軌道 的摩擦系數(shù)都為0，把這九個(gè)軌道分別連接起來(lái)，系統(tǒng)調(diào)用redmw函數(shù)， 輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出軌道連接后的圖象。
請(qǐng)參閱圖13所示，添加三個(gè)質(zhì)量、半徑相同的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，放在高度相 同的軌道上，在第一組軌道上添加一個(gè)阻力較大的阻尼介質(zhì)；在第二組軌 道上添加一個(gè)阻力較小的阻尼介質(zhì)；在每組軌道上添加上文本注釋以便做 出區(qū)分，系統(tǒng)調(diào)用redraw函數(shù)，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出所有器件的 圖象；這樣，第一組軌道阻力較大，第二組軌道阻力較小，第三組軌道沒(méi) 有受到阻力的作用。
請(qǐng)參閱圖14所示，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，觀察三個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)調(diào) 用redraw函數(shù)，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)效果圖；可以看到，因 為第一組軌道有較大的阻力，所以第一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象很快就停止下來(lái)；第二 組軌道阻力較小，第二個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象運(yùn)行的距離比第一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象稍遠(yuǎn)；第 三組軌道上沒(méi)有任何阻力，所以第三個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象可以一直運(yùn)動(dòng)下去，不會(huì) 停止；運(yùn)用力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以很容易的驗(yàn)證牛頓第一定律。
圖15 ~圖17示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的實(shí)施例。
牛頓第二定律"物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的 質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。"講述了力與加速度的關(guān) 系。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是F二ma。在力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，我們通過(guò)在運(yùn)動(dòng)對(duì)象上施 加一個(gè)人為外力的方法來(lái)研究外力與運(yùn)動(dòng)對(duì)象加速度的關(guān)系。做這個(gè)實(shí)驗(yàn) 的目的，是構(gòu)件出這個(gè)物理模型，弓l導(dǎo)您自己去探索其中的關(guān)系。
請(qǐng)參閱圖15所示，驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括 以下步驟
(1) 創(chuàng)建質(zhì)量分別為lkg、 2kg、 3kg的運(yùn)動(dòng)對(duì)象A、 B、 C，對(duì)應(yīng)的分別 施以2牛頓、2牛頓、3牛頓的水平外力(步驟3021);
(2) 對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象加以動(dòng)態(tài)注釋來(lái)分別顯示的加速度大小(步驟3022)。 驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l)分析運(yùn)動(dòng)對(duì)象加速度與質(zhì)量，外力的影響，驗(yàn)證牛頓第二定律(步驟
3023)。
請(qǐng)參閱圖16 ~圖17所示，通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng) 景的操作界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
(1) 新建一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)置坐標(biāo)比例為10請(qǐng)參閱圖15所示；
(2) 選擇工具欄中的"實(shí)驗(yàn)設(shè)置"按鈕，不要考慮重力作用；
(3) 創(chuàng)建三個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，設(shè)置它們的質(zhì)量分別是l千克、2千克、和3千 克；受到的外力Fx分別是2牛頓、2牛頓、3牛頓；給它們?cè)O(shè)置不同半徑， 以區(qū)分這三個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象；
(4) 用"動(dòng)態(tài)注釋"分別把三個(gè)小球的加速度表示出來(lái)；
(5) 再創(chuàng)建三個(gè)輔助點(diǎn)，分別用它們的矢量關(guān)聯(lián)"外力Fx分量"所對(duì) 應(yīng)的變量；
(6) 選擇適當(dāng)?shù)妮o助點(diǎn)矢量顯示比例；
(7) 系統(tǒng)運(yùn)用算法在圖象輸出區(qū)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)效果(8) 可以通過(guò)拖動(dòng)輔助點(diǎn)上的矢量來(lái)改變運(yùn)動(dòng)對(duì)象上受到的外力；
(9) 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)對(duì)象就以a=f/m的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)了 ； (IO)系 統(tǒng)調(diào)用redmw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)效果 圖，請(qǐng)參閱圖17所示。
圖18 ~圖19示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)^i正胡克定律實(shí)g針湯景的實(shí)施例。 請(qǐng)參閱圖18所示，利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景控制方法 的流程如下
驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟]—01進(jìn)一歩包括以下歩驟.
(1) 創(chuàng)建質(zhì)量分別為lkg的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，且運(yùn)行時(shí)不考慮重力影響，同時(shí) 創(chuàng)建一彈簧，倔強(qiáng)系數(shù)為l()0牛/米，原長(zhǎng)為0.8米， 一端接運(yùn)動(dòng)對(duì)象，另 一端置于坐^^原點(diǎn)上(步驟401);
(2) 對(duì)彈簧做彈簧的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度和彈力的動(dòng)態(tài)注釋(步驟402)。 驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟102進(jìn)一步包括以下步驟</column><column>
(1) 拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)象(步驟403)。
驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l份析彈力與倔強(qiáng)系數(shù)，彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)度的影響，驗(yàn)證胡克定律(步驟404)。 請(qǐng)參閱圖19所示，利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界 面實(shí)驗(yàn)。這是一個(gè)以彈簧為例，講述胡克定律的一個(gè)例子。 (l諒i 建一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)置坐^^的比例尺為0.5;
(2) 選擇工具欄中的"實(shí)驗(yàn)設(shè)置"按鈕，不要考慮重力作用；
(3) 在實(shí)驗(yàn)區(qū)中放置一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，設(shè)置它的參數(shù)為質(zhì)量1千克，半 徑0.05米，位移乂=0.6, y=0;
(4) 在"動(dòng)態(tài)顯示"中，選中"彈力"；
(5) 從器件箱中選擇"彈簧"， 一端連接這個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，另一端放在坐標(biāo) 的原點(diǎn)上；
(6) 設(shè)置彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)為100牛/米，原長(zhǎng)為0.8米，作用類(lèi)型選擇"雙 方向作用"；
(7) 用觸摸筆拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，對(duì)象上就顯示出了對(duì)應(yīng)的彈簧的彈力；
(8) 系統(tǒng)調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出 實(shí)驗(yàn)效果圖。
圖20 ~圖22示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證人造地球衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的實(shí)施例。
牛頓在思考萬(wàn)有引力定律時(shí)就曾設(shè)想過(guò)，從高山上用不同的水平速度 拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次離山腳遠(yuǎn)。如果沒(méi)
有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來(lái)，它將圍繞 地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星。
請(qǐng)參閱圖20所示，利用物理力學(xué)平臺(tái)模擬萬(wàn)有引力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟10]. 進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建質(zhì)量為6e24kg,半徑為5.()e6米的運(yùn)動(dòng)對(duì)象來(lái)模擬地球，且置于 原點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)不考慮重力，只考慮運(yùn)動(dòng)對(duì)象間萬(wàn)有引力(步驟501);
(2) 創(chuàng)建水平初速度為7900米/# ，且坐標(biāo)置于(0,6450000)(步驟502);
(3) 創(chuàng)建輔助點(diǎn)矢量，輔助點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示人造衛(wèi)星水平方向的速度，矢量 比例設(shè)置為4(X)0(步驟5(B);
(4) 拖動(dòng)輔助點(diǎn)箭頭，調(diào)節(jié)人造衛(wèi)星的水平初速度(步驟504)。 模擬萬(wàn)有引力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l)分析運(yùn)動(dòng)物體間的引力關(guān)系，驗(yàn)證萬(wàn)有引力(步驟505)。 請(qǐng)參閱圖21 ~圖22所示，下面通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證人造地球衛(wèi)星實(shí)
驗(yàn)場(chǎng)景的操作界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
(1) 給這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置坐標(biāo)比例為1.0e7 ( "e7"表示乘以10的7次方)；地 球衛(wèi)星需要一個(gè)大尺度的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，地球的半徑就有6400000米，所以默 認(rèn)的比例10是不可能做出這個(gè)地球衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)的；
(2) 有兩種方法，可以用來(lái)模擬地球
① 一個(gè)有著地球質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)對(duì)象；
② 使用器件箱中的"萬(wàn)有引力"，并設(shè)置它的質(zhì)量為地球的質(zhì)量；
(3) 用一個(gè)質(zhì)量為6e24千克的運(yùn)動(dòng)對(duì)象來(lái)模擬地球，設(shè)置它的半徑為 5.0e6，把它放在坐標(biāo)的原點(diǎn)；使用運(yùn)動(dòng)對(duì)象模擬地球，就必須在"實(shí)驗(yàn)設(shè) 置"對(duì)話框中，選擇"考慮運(yùn)動(dòng)對(duì)象間萬(wàn)有引力"，取消"考慮重力作用"；
(4) 創(chuàng)建另一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象來(lái)模擬人造衛(wèi)星，把它放在坐標(biāo)(O, 6450000) 的位置上，設(shè)置它有水平初速度7900米/#;這就相當(dāng)于有一顆人造衛(wèi)星在 地球一座高山上，水平發(fā)射；為了使實(shí)驗(yàn)更生動(dòng)形象，我們可以貼張圖來(lái) 表示人造衛(wèi)星；(5) 通過(guò)輔助點(diǎn)矢量的拖動(dòng)來(lái)調(diào)整衛(wèi)星的水平初速度，再創(chuàng)建一個(gè)輔助 點(diǎn)，讓輔助點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示人造衛(wèi)星水平方向的速度，矢量設(shè)置比例為4000;
(6) 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)用算法在圖象輸出區(qū)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)效果(7) 拖動(dòng)輔助點(diǎn)矢量以改變?nèi)嗽煨l(wèi)星的水平初速度；
(8) 用程序編輯器來(lái)編輯一段控制代碼來(lái)控制運(yùn)動(dòng)對(duì)象在運(yùn)行過(guò)程中的 狀態(tài)。
請(qǐng)參閱圖22所示，系統(tǒng)調(diào)用redmw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在
圖象輸出區(qū)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)效果圖。
圖23 ~圖25示出了禾l調(diào)物理力學(xué)平臺(tái)斷正機(jī)搬g守叵實(shí)馬鈔湯景的實(shí)施例。 請(qǐng)參閱圖23所示，模擬機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以
下步驟
(l)創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)對(duì)象，置于20米高度(步驟601);
(2度*^$|^ 1」自動(dòng)對(duì)象的重力勢(shì)能、動(dòng)能以及UIM^(步驟602); (3)創(chuàng)建輔助點(diǎn)來(lái)表示運(yùn)動(dòng)對(duì)象的重力勢(shì)能、動(dòng)能以及機(jī)械能(步驟 603)。
模擬機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l)分析總機(jī)械能與重力勢(shì)能、動(dòng)能三者之間的影響，驗(yàn)證機(jī)械能守恒(步 驟604)。
請(qǐng)參閱圖24 ~圖25所示，下面通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn) 場(chǎng)景的操作界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要表現(xiàn)了， 一個(gè)做自由落體的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，在下落過(guò)程中， 重力勢(shì)能的變化和動(dòng)能的變化，以及整個(gè)機(jī)械能的變化過(guò)程。
(l漸建一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)置坐標(biāo)的比例為10;
(2液"實(shí)驗(yàn)設(shè)置"中要考慮重力的作用，創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，設(shè)置它 的質(zhì)量為1千克，把它放在高度20米的位置上；
(3)在"變量編輯器"中自定義變量"Ep"表示小球的重力勢(shì)能，"Ek" 表示小球的動(dòng)能，"E-all"表示小球的機(jī)械能，然后在"程序編輯器"中輸
入以下的程序
Ep二P9.8+運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.y Ek二0.5n4運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.vyf運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.vy E_all=Ep+Ek
(4) 用輔助點(diǎn)矢量，把運(yùn)動(dòng)對(duì)象的重力勢(shì)能、動(dòng)能和機(jī)械能都表達(dá)出來(lái)， 在輔助點(diǎn)l中動(dòng)態(tài)顯示"小球的重力勢(shì)能二(Ep)焦耳"，矢量設(shè)置中X變量 關(guān)聯(lián)"Ep";在輔助點(diǎn)2中動(dòng)態(tài)顯示"小球的動(dòng)能^Ek)焦耳"，矢量設(shè)置中 X變量關(guān)聯(lián)"Ek";在輔助點(diǎn)3中動(dòng)態(tài)顯示"小球的機(jī)械能^E-all)焦耳"， 矢量設(shè)置中X變量關(guān)聯(lián)"E-all";
(5) 系統(tǒng)調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出 實(shí)驗(yàn)效果圖，請(qǐng)參閱圖25所示。
(6) 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，觀察重力勢(shì)能、動(dòng)能和機(jī)械能在運(yùn)動(dòng)對(duì)象下落過(guò)程中的 變化。
(7) 在x=0的位置上創(chuàng)建一個(gè)水平的直線flM。
(8孫統(tǒng)調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出 實(shí)驗(yàn)效果圖，請(qǐng)參閱圖25所示。
圖26 ~圖27示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的實(shí) 施例。
請(qǐng)參閱圖26所示，通過(guò)利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景 控制方法的流程如下
模擬完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的歩驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建兩個(gè)質(zhì)量相同的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，用兩根繩子分別掛起置于同一個(gè)高 度(步驟701);
(2) 將其中一個(gè)小球拉到一定高度涉驟702)。 模擬完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的歩驟106進(jìn)一步包括以下步驟
a)M^l^WHSg動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，分析^:彈性碰撞的現(xiàn)象(步驟7()4)。
請(qǐng)參閱圖27所示，通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操 作界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
(1) 選擇恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)比例和實(shí)驗(yàn)最小掃描時(shí)間，設(shè)置坐標(biāo)比例為0.5米， 實(shí)驗(yàn)最小掃描時(shí)間為0.002秒，設(shè)置坐標(biāo)比例為1米；
(2) 在"實(shí)驗(yàn)設(shè)置"對(duì)話框中要選中"考慮重力作用"和"考慮運(yùn)動(dòng)對(duì) 象間的碰撞"，還要注意，兩根繩子的懸掛點(diǎn)應(yīng)該具有相同的y值；繩子的 長(zhǎng)度也要相同，建議設(shè)置成1米；懸掛點(diǎn)橫坐標(biāo)之間的距離應(yīng)為兩個(gè)小球 的半徑和；
(3) —個(gè)小球放在最底邊，把另一個(gè)小球提起來(lái)；由于觸摸筆的拖動(dòng)， 懸掛被提起小球的繩子的長(zhǎng)度可能發(fā)生了變化，不再是1米了；
(4) 選中這根繩子，然后設(shè)置它的屬性，在屬性中設(shè)置它的長(zhǎng)度為l米； 確定后運(yùn)行實(shí)驗(yàn)；
(5係統(tǒng)調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出 實(shí)驗(yàn)效果圖。
請(qǐng)參閱圖27所示，系統(tǒng)運(yùn)用算法在圖象輸出區(qū)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)效果圖。 圖28 ~圖29示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證帶電小球在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的
受力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的實(shí)施例。
請(qǐng)參閱圖28所示，通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)模擬帶點(diǎn)小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的實(shí)
驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(1) 創(chuàng)建一個(gè)正的點(diǎn)電荷(步驟801);
(2) 在點(diǎn)電荷周?chē)鷦?chuàng)建一圈帶電的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，且在試驗(yàn)中設(shè)置不考慮運(yùn) 動(dòng)對(duì)象之間的電荷吸引力；并且在運(yùn)動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)顯示里面選中顯示合外 力(步驟802)。
模擬帶點(diǎn)小5紘^電微湯中的實(shí)馬針湯景的步驟1021步爐以下步驟 (l)拖動(dòng)帶電運(yùn)動(dòng)對(duì)象(步驟803)。
模擬帶點(diǎn)小球在S電^^中的實(shí)5針1景的步驟106 [步M!以下步驟 (l)通過(guò)觀察各運(yùn)動(dòng)對(duì)象的合外力來(lái)觀察帶電小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的影響 (步驟804)。
請(qǐng)參閱圖29所示，通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證帶電小球在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的 受力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的操作界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
我們?cè)趯?shí)驗(yàn)區(qū)中放置一個(gè)正的點(diǎn)電荷，然后在它的周?chē)派弦蝗в?正電的小球，再讓小球動(dòng)態(tài)的顯示出受到的合外力。
(1) 設(shè)置帶電小球的帶電量，點(diǎn)電荷器件電量為0.06;小球上帶的電量 都是0.0005庫(kù)侖；
(2) 在"實(shí)驗(yàn)設(shè)置"對(duì)話框中不要選中"考慮運(yùn)動(dòng)對(duì)象間電荷吸引"，否 則，帶電小球的受力就不能在圖中示出；
(3) 因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)對(duì)象沒(méi)有受到其它力的作用，所以庫(kù)侖力就是它們受到的 合外力；
(4) 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)?實(shí)驗(yàn)設(shè)置"中把力矢量設(shè)置成10000; (5股置好一個(gè)小球的屬性后，使用編輯菜單中的復(fù)制、粘貼工具創(chuàng)建
多個(gè)小球，這樣速度很快，小球越多視覺(jué)效果越好；
(6) 編輯狀態(tài)下，用鼠標(biāo)點(diǎn)中運(yùn)動(dòng)對(duì)象或點(diǎn)電荷后可以拖動(dòng)它到不同的 位置，運(yùn)動(dòng)對(duì)象受到的庫(kù)侖力也就會(huì)隨之而變化，非常好玩；
(7) 系統(tǒng)調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出 實(shí)驗(yàn)效果圖。
圖30 ~圖32示出了利用物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證回旋粒子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的 實(shí)施例。
請(qǐng)參閱圖30所示，通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)模擬回旋粒子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的 步驟101進(jìn)一步包括以下步驟
(l)在不考慮重力的情況下，創(chuàng)建一個(gè)大小為3特斯拉，方向是垂直向 外的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，再創(chuàng)建兩個(gè)大小都為10牛^$，方向分別為90度和270 度的勻強(qiáng)電場(chǎng)置于磁場(chǎng)中，創(chuàng)建電量為1庫(kù)侖，初速度為0的運(yùn)動(dòng)對(duì)象置 于其中，運(yùn)動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)設(shè)置中顯示合力矢量(步驟901)。
模擬回旋粒子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟
(1)1^i^僉的運(yùn)動(dòng)車(chē)M以腿動(dòng)5(豫上的箭頭的大小和方向(步驟902)。
請(qǐng)參閱圖31 ~圖32所示，通過(guò)物理力學(xué)平臺(tái)驗(yàn)證回旋粒子加速器實(shí)驗(yàn) 場(chǎng)景的操作界面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程演示如下
(l)新建一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，取消考慮重力作用。添加兩個(gè) 磁感應(yīng)強(qiáng)度3特斯拉、方向垂直向外的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)。
(2席分別添加一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度10牛脾，方向90度的勻強(qiáng)電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng) 度]0牛/庫(kù)，方向270度的勻強(qiáng)電場(chǎng)。
(3) 添加一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，設(shè)置它的電量為l庫(kù)侖，初速度為0，動(dòng)態(tài)顯示 合力矢量；
(4) 系統(tǒng)運(yùn)用算法在圖象輸出區(qū)畫(huà)出所有器件的圖象，請(qǐng)參閱圖32所示；
(5) 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)；
(6係統(tǒng)調(diào)用redmw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)，在圖象輸出區(qū)畫(huà)出 實(shí)驗(yàn)效果圖，運(yùn)動(dòng)對(duì)象上的箭頭表示粒子在運(yùn)動(dòng)中受到的合外力大小及方 向，請(qǐng)參閱圖32所示。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的 均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的電子裝置，其特征在于，它包括:一中央處理單元(MCU)，用于處理程序指令并執(zhí)行相應(yīng)運(yùn)算；一顯示驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，支持單色LCD和真彩高分辨率LCD，用于顯示圖形、圖像、文字信息；一存儲(chǔ)單元，經(jīng)總線連接于中央處理單元，用于存儲(chǔ)用戶信息、與物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息，諸如，實(shí)驗(yàn)課題、課件、器件圖庫(kù)及函數(shù)庫(kù)；一觸摸屏及控制電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，用于接收用戶輸入及操作指令；一鍵盤(pán)控制電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，用于接收用戶輸入及操作指令；一VGA視頻輸出接口，經(jīng)總線連接于中央處理單元，并可外接投影機(jī)，用于將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過(guò)程通過(guò)投影機(jī)投影到大屏幕，便于演示和交流；一USB通訊接口及供電電路，經(jīng)總線連接于中央處理單元，并經(jīng)總線外接電腦，用于與電腦聯(lián)接進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)升級(jí)；一無(wú)線數(shù)據(jù)通訊接口，經(jīng)總線連接于中央處理單元，并經(jīng)總線外接于其它用戶，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊和點(diǎn)對(duì)多數(shù)據(jù)群發(fā)通訊。
2、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方 法，其特征在于，包括以下歩驟(1) 創(chuàng)建并設(shè)置器件屬性(步驟]01);(2) 判斷是否運(yùn)行(步驟102);(3) 若步驟102的判斷結(jié)果為否，則重新判斷是否運(yùn)行(步驟102);(4) 若步驟102的判斷結(jié)果為是，則調(diào)用Kemal函數(shù)根據(jù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的當(dāng)前狀 態(tài)計(jì)算它的下一個(gè)狀態(tài)(步驟10";(5) 計(jì)算各物理參數(shù)的影響(步驟104);(6) 對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象位置的修正(步驟105)后返回歩驟103; (7) 得到運(yùn)動(dòng)對(duì)象新的狀態(tài)，包括位置、速度、加速度、受力(步驟106);(8) 判斷是否達(dá)到每脈掃描次數(shù)(步驟107);(9) 若步驟107的判斷結(jié)果為否，則結(jié)束(步驟109);ao)若步驟107的判斷結(jié)果為是，則經(jīng)"調(diào)用redmw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸 出參數(shù)"(步驟IOS)轉(zhuǎn)入結(jié)束(步驟109)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，所述步驟104中的各物理參數(shù)包括以下內(nèi)容計(jì)算重力的影響；計(jì)算電場(chǎng)的影響；計(jì)算磁場(chǎng)的影響；計(jì)算萬(wàn)有引力的影響；計(jì)算彈簧的影響；計(jì)算支撐體的影響；計(jì)算點(diǎn)電荷的影響；計(jì)算直線軌道的影響；計(jì)算圓弧flit的影響；計(jì)算細(xì)繩的影響；計(jì)算剛桿的影響；計(jì)算釘子的影響；計(jì)算滑輪的影響；計(jì)算阻尼介質(zhì)的影響。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下 步驟(l)創(chuàng)建若干個(gè)相同的實(shí)驗(yàn)中表示炸彈的小球重疊置于一定高度處，且分別 對(duì)若干個(gè)小球給定初速度，且設(shè)置運(yùn)行時(shí)顯示軌跡，將第六個(gè)小球添加實(shí)驗(yàn)中 飛機(jī)貼圖(步驟1011);(2) 創(chuàng)建輔助點(diǎn)，其方向是水平的，大小對(duì)應(yīng)的是貼圖對(duì)象運(yùn)行的速度，創(chuàng) 建阻尼介質(zhì)來(lái)模擬真實(shí)環(huán)境的空氣阻力(步驟1012);(3) 用程序編輯器來(lái)編輯一段控制代碼來(lái)控制運(yùn)動(dòng)對(duì)象在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài) (步驟1013)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下 步驟(1) 觀察炸彈在空中的位置關(guān)系，觀察炸彈落地點(diǎn)的關(guān)系(步驟1061);(2) 結(jié)束(步驟109 )。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬飛機(jī)在真實(shí)環(huán)境下投彈的實(shí)驗(yàn)編輯器的步驟1013進(jìn)一步包括 以下步驟(1) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，轉(zhuǎn)下一步驟時(shí)分為三路(步驟201);(2) 運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.f產(chǎn)9.8(步驟202);(3) 判斷t是否大于等于l(步驟203);(4) 若步驟203的判斷結(jié)果為否，則返回步驟202;(5) 若步驟203的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.fy^(步驟204);(6) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.y是否小于零(步驟205);(7) 若步驟205的判斷結(jié)果為否，則返回步驟204;(8) 若步驟205的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.y^;運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.fy^，運(yùn)動(dòng)對(duì) 象1.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象1.vy:O(步驟206);(9) 結(jié)束(步驟228);W承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.fy^9.8(步驟207); (U)判斷t是否大于等于2(步驟208);Cl^若步驟208的判斷結(jié)果為否，則返回步驟207;(L3)若步驟208的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.fy^)(步驟209);(14)判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.y是否小于O(步驟210);(L5)若步驟210的判斷結(jié)果為否，則返回步驟209;的若步驟210的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.y^;運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.fy^;運(yùn)動(dòng)對(duì) 象2.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象2.vy二0(步驟211); 抑結(jié)束(步驟228);胸承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy二9.8(步驟212);的判斷t是否大于等于3(步驟213);幼若步驟213的判斷結(jié)果為否，則返回步驟212;(21) 若步驟213的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy^0(步驟214);(22) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.y是否小于O(步驟215);(23) 若步驟215的判斷結(jié)果為否，則返回步驟214;(24) 若步驟215的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.y^;運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.fy=0;運(yùn)動(dòng) 對(duì)象3.vx二0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象3.vy^(步驟216);(25) 結(jié)束(步驟228);(加)承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象4力=9.8(步驟;(27) 判斷t是否大于等于4(步驟21S);(28) 若步驟218判斷結(jié)果為否，則返回步驟217;(29) 若步驟218的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象4辦=0(步驟219);(30) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.y是否小于O(步驟220);(31) 若步驟220的判斷結(jié)果為否，則返回步驟219;(32) 若步驟220的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.y二0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.fy=0;運(yùn)動(dòng) 對(duì)象4.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象4.vy二0(步驟221); (33) 結(jié)束(步驟228);(34) 承接步驟201進(jìn)入運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fyW.8(步驟222);(35) 判斷t是否大于等于5(步驟223);(36) 若步驟223的判斷結(jié)果為否，則返回步驟222;(37) 若步驟223的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fy^(步驟224);(38) 判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.y是否小于O(步驟225);(39) 若步驟225的判斷結(jié)果為否，則返回步驟224;(40) 若步驟225的判斷結(jié)果為是，運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.y=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.fy=0;運(yùn)動(dòng) 對(duì)象5.vx=0;運(yùn)動(dòng)對(duì)象5.vy^(步驟226);(41) 運(yùn)動(dòng)對(duì)象l.vy^(步驟227);(42) 結(jié)束(步驟228)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟(1) 創(chuàng)建三個(gè)各參數(shù)相同的運(yùn)動(dòng)對(duì)象涉驟3011);(2) 創(chuàng)建三條參數(shù)相同軌道A、 B、 C，給軌道A添加大阻尼介質(zhì)，軌道B添 加較小阻尼介質(zhì)，軌道C不添加阻尼介質(zhì)(步驟3012)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，驗(yàn)證牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟(l)分析運(yùn)動(dòng)對(duì)象的軌跡，驗(yàn)證牛頓第一定律(步驟3013)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟(1) 創(chuàng)建質(zhì)量分別為lkg、 2kg、 3kg的運(yùn)動(dòng)對(duì)象A、 B、 C，對(duì)應(yīng)的分別施以 2牛頓，2牛頓，3牛頓的水平外力(步驟3021);(2) 對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象加以動(dòng)態(tài)注釋來(lái)分別顯示的加速度大小(步驟3022)。
10 、根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下歩驟(l)分析運(yùn)動(dòng)對(duì)象加速度與質(zhì)量，外力的影響，驗(yàn)證牛頓第二定律(步驟3023)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟(1) 創(chuàng)建質(zhì)量分別為lkg的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，且運(yùn)行時(shí)不考慮重力影響，同時(shí)創(chuàng)建 一彈簧，倔強(qiáng)系數(shù)為100牛/米，原長(zhǎng)為0.8米， 一端接運(yùn)動(dòng)對(duì)象，另一端置于 坐標(biāo)原點(diǎn)上(步驟401);(2) 對(duì)彈簧做彈簧的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度和彈力的動(dòng)態(tài)注釋(步驟402)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟102進(jìn)一步包括以下步驟(l)拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)象(步驟403)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟(l)分析彈力與倔強(qiáng)系數(shù)，彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)度的影響，驗(yàn)證胡克定律(步驟4()4)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬萬(wàn)有引力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟(1) 創(chuàng)建質(zhì)量為6e24kg，半徑為5.0e6米的運(yùn)動(dòng)對(duì)象來(lái)模擬地球，且置于原點(diǎn)， 運(yùn)動(dòng)時(shí)不考慮重力，只考慮運(yùn)動(dòng)對(duì)象間萬(wàn)有引力(步驟501);(2) 創(chuàng)建水平初速度為7900米/#，且坐標(biāo)置于(0，6450000)(步驟502);(3) 創(chuàng)建輔助點(diǎn)矢量，輔助點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示人造衛(wèi)星水平方向的速度，矢量比例 設(shè)置為40(X)(步驟503);(4) 拖動(dòng)輔助點(diǎn)箭頭，調(diào)節(jié)人造衛(wèi)星的水平初速度(步驟504)。
15 、根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置纟莫擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬萬(wàn)有弓I力實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟 (l)分析運(yùn)動(dòng)物體間的引力關(guān)系，驗(yàn)證萬(wàn)有引力(步驟505)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟(1) 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)對(duì)象，置于20米高度(步驟601);(2) 變量編輯器來(lái)創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)對(duì)象的重力勢(shì)能、動(dòng)能以及機(jī)械能(步驟602);(3) 創(chuàng)建輔助點(diǎn)來(lái)表示運(yùn)動(dòng)對(duì)象的重力勢(shì)能、動(dòng)能以及機(jī)械能(步驟603)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟(l)分析總機(jī)械能與重力勢(shì)能、動(dòng)能三者之間的影響，驗(yàn)證機(jī)械能守恒(步驟 604)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)5僉場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟(1) 創(chuàng)建兩個(gè)質(zhì)量相同的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，用兩根繩子分別掛起置于同一個(gè)高度(步 驟701);(2) 將其中一個(gè)小球拉到一定高度(步驟702)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟(1)通過(guò)觀察兩個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，分析完全彈性碰撞的現(xiàn)象(步驟704)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬帶點(diǎn)小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以 下步驟(1) 創(chuàng)建一個(gè)正的點(diǎn)電荷涉驟801);(2) 在點(diǎn)電荷周?chē)鷦?chuàng)建一圈帶電的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，且在試驗(yàn)中設(shè)置不考慮運(yùn)動(dòng)對(duì) 象之間的電荷吸引力；并且在運(yùn)動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)顯示里面選中顯示合外力(步驟 802)。
21 、根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬帶點(diǎn)小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟102進(jìn)一步包括以 下步驟(l)拖動(dòng)帶電運(yùn)動(dòng)對(duì)象(步驟803)。
22、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬帶點(diǎn)小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以 下步驟(l)通過(guò)觀察各運(yùn)動(dòng)對(duì)象的合外力來(lái)觀察帶電小球在點(diǎn)電荷場(chǎng)中的影響(步驟 804)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬回旋例子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟101進(jìn)一步包括以下步驟(l)在不考慮重力的情況下，創(chuàng)建一個(gè)大小為3特斯拉，方向是垂直向外的 矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，再創(chuàng)建兩個(gè)大小都為10牛/庫(kù)，方向分別為90度和270度的勻 強(qiáng)電場(chǎng)置于磁場(chǎng)中，創(chuàng)建電量為1庫(kù)侖，初速度為0的運(yùn)動(dòng)對(duì)象置于其中，運(yùn) 動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)設(shè)置中顯示合力矢量(步驟901)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景電子裝置的控制方法， 其特征在于，模擬回旋例子加速器實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的步驟106進(jìn)一步包括以下步驟(1)觀察試驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)軌跡以及運(yùn)動(dòng)對(duì)象上的箭頭的大小和方向(步驟902)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)置模擬物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的電子裝置及控制方法。電子裝置包括分別經(jīng)總線連接于中央處理單元的顯示驅(qū)動(dòng)電路、存儲(chǔ)器、觸摸屏及控制電路、鍵盤(pán)控制電路、VGA視頻輸出接口、USB通訊接口及供電電路、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊接口。控制方法包括創(chuàng)建并設(shè)置器件屬性；判斷是否運(yùn)行；若為否，重新判斷是否運(yùn)行；若為是，則調(diào)用Kernal函數(shù)根據(jù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)計(jì)算它的下一個(gè)狀態(tài)；計(jì)算各物理參數(shù)的影響；對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象位置的修正后返回；得到運(yùn)動(dòng)對(duì)象新的狀態(tài)，包括位置，速度，加速度，受力；判斷是否達(dá)到每脈掃描次數(shù)；若為否，結(jié)束；若為是，則經(jīng)“調(diào)用redraw函數(shù)繪制運(yùn)動(dòng)對(duì)象，輸出參數(shù)”轉(zhuǎn)入結(jié)束。
文檔編號(hào)G09B23/00GK101377890SQ20081021663
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者于彩霞, 干文山, 石姍姍 申請(qǐng)人:東莞市步步高教育電子產(chǎn)品有限公司