基于VPython的天体轨道运动模拟与可视化

运动、力、动量、能量是大学物理教学最基本且重要的内容.在牛顿力学中,如果已知初始条件,对于有序系统可以预测其未来的运动状态,牛顿力学在天文学上的处理是最成功的.本文基于万有引力定律和动量定理,借助计算机软件VPython模拟天体的运动过程,例如卫星、月球绕地球的运动,火星绕太阳的运动,卫星绕双星系统的运动,直观地显示了天体运动轨迹,使天体运动过程实现了可视化.教学实践表明基于VPython的天体轨道运动模拟与可视化,可以使学生更好地理解并灵活运用牛顿运动定律和动量定理,是对经典物理教学内容的有益补充.     

均匀带电细棒和带电圆环电场的计算机模拟

为了可以更直观地观察带电粒子在复杂电场中的运动轨迹以及描述电场的空间分布,本文基于库仑定律和电场叠加原理,应用VPython软件,对均匀带电有限长细直棒和均匀带电圆环的电场的空间分布进行了可视化模拟;并模拟探究了带电粒子在带电圆环电场中的运动形式,对于简单的周期性运动,我们在理论上计算了带电粒子运动周期,并与模拟的结果相比较做了相关的讨论;模拟探究了带电粒子多种复杂的运动形式,预测了带电粒子在圆环电场中运动可能出现的混沌现象。     

刚体运动三维可视化模拟和复摆相关问题探讨

本文应用刚体定轴转动定律和角动量定理,结合VPython软件,首先模拟刚体的定轴转动,例如匀质圆柱体在不同力矩作用下的转动,直观地显示刚体运动轨迹以及角位移、角速度等物理量随时间的变化关系,以及重力矩作用下的刚体能量守恒等,使刚体运动过程实现可视化.有趣的是,本文还研究了刚体的平面平行运动(平动加转动)以及刚体的振动,模拟了大角度下刚体摆动时出现的混沌状态.可视化模拟深化了对课本知识的理解.     

可视化静电场分布实验装置设计开发

根据静电场和极化原理,利用高压直流电源、不同形状电极、电机以及arudino单片机等器材,设计并制作了一种可视化静电场分布的实验教学装置.实现了对现教学用模拟法测绘静电场装置所用不同形状电极产生静电场的直接观测,以同轴柱面电极为例,实验现象结果与Comsol模拟结果相符,并基于该实验装置开发了其虚拟仿真实验,有效辅助大...     

Mathematica在镜像法求解静电场边值问题中的应用

研究了静电场中不同边界条件下(球面、柱面或无限大平面)的边值问题.首先借助Mathematica软件对求得的复杂的数学结果进行分析和数值模拟,然后绘制出其等势线和电场线图,实现静电场边值问题的场分布的可视化,进一步帮助学生直观的看清不同边界条件下场分布的特点,最后通过可视化的结果加深对镜像法求解静电场边值问题的理解.     

基于VPython的三维场景构建 在光学教学中的应用

VPython是Python语言和三维图像模块Visual的组合,可用于快速创建交互式的三维场景和动画.本 文以光的反射折射、薄透镜成像、球面透镜像差和光的偏振现象为例,阐述了基于VPython的三维交互场景构建技 术在光学课程教学中的应用.三维场景构建在光学课程教学过程中的应用有助于更直观地展现特定的光学现象并 揭示其物理规律.     

基于MATLAB的点电荷系电场分布的用户图形界面设计

电场强度与电势是描述静电场性质的重要物理量,利用电场线与等势面可以形象地描述静电场的分布,对其进行数值计算和模拟显示,可以使教学内容更加直观,提高教学效率.本文利用MATLAB编程和MATLAB的GUIDE开发了点电荷系所形成的电场场强分布及电势分布的用户图形界面(GUI),实现了二维平面内任意点电荷系电场的电场线和等势面分布的可视化,并可以方便地调整电荷数目、电量及位置并实时显示,在教学中能起到很好的演示作用.     

大量小球无规则运动计算机模拟的可视化

大量小球无规则运动计算机模拟的可视化在大学物理课程教学过程中有着广泛的应用,本文针对做弹性碰撞的小球,介绍了一种基于碰撞事件驱动的方法,高效地实时模拟了大量小球弹性碰撞产生的无规则运动.     

基于智能手机的静电场描绘及模拟

鉴于疫情防控期间物理实验的居家学习难度,以静电场描绘实验为例,针对其打点量多造成的数据测算和处理量大、复杂且耗时等特点,提出了基于智能手机中的相机及Geogebra软件的数据处理方法,可利用手机完成实验后续的半径测量、等势线绘制、数据拟合及三维等势面的模拟等过程。相比于其他测算方法,基于智能手机的静电场描绘方法可行性及准确性高,操作简单且模拟的电场分布图像生动直观,有助于学生提高实验效率并加强对静电场分布的把握,对物理实验的线上教学具有一定的参考意义。     

一种简单推导匀速转动电偶极子电磁辐射的方法

电偶极子在绕其中心转动时,正负电荷作加速运动,因此转动的电偶极子会辐射电磁波.利用运动电荷的磁感应强度公式,推导出匀速转动的刚性电偶极子在近场区产生变化磁场的表达式;结合电磁场建立的推迟效应,推导了非相对论情形时、匀速转动电偶极子在远场区的电磁辐射公式,并对比了匀速转动电偶极子辐射与谐振电偶极子辐射的异同.     

Cinema 4D动画模拟辅助物理教学的应用探索

计算机已经成为科学研究、生产实践、教育教学的重要工具,运用计算机技术辅助课程教学有着重要的认识论和教学论意义.Cinema 4D动画模拟软件可以模拟简单的物理模型并生成可视化三维动画,拥有操作简单、调整方便、结果直观等突出优点,在辅助物理教学上有巨大潜力.文章介绍了Cinema 4D动画模拟软件建立物理模型的主要功能菜...     

Matlab模拟静电场与模拟静电场实验的比较

大学物理实验中用模拟法测绘静电场实验虽然可以描绘静电场的分布情况,但不够准确.用Matlab计算并模拟的静电场不仅理论清楚,结果也较为准确.两者互为补充,用于实践教学,使实验与理论得到了完美的结合.     

静电场治疗装置

1.静电场治疗装置的基本原理 (1)人和动物组织中存在电偶极子 人和动物的各种组织都是驻极体,即各种组织都是由定向排列的电偶极子构成.由于各种组织的驻极体电位不同,因此在静止伏态下动物和人体各部位之间存在电位差. 构成动物和人体各种组织的电偶极子有别于无机驻极体(压电体)的电偶极子.无机驻极体的电偶极子通常是无对称中心的有极分子,人和动物的骨胶原、腱、筋肉等的分子也是有极分子.但是,人体组织除存在固有的有极分子外,还存在受力时才显现出极性的有极性分子.例如合成多肽,静态时分子无电极性,受切变力作用时呈极性分子的模型.…     

基于Mathematica的天体运动模拟

天体运动是力学和理论力学课程的基本内容之一.本文借助数学软件Mathematica,基于经典力学相关公式和定律,对行星、周期彗星和双星系统的运动做了精确的动态模拟,所得动态效果图形象生动,有助于学习者建立清晰的物理图像,增加对行星、周期彗星和双星系统的直观认识,增进对天体运动规律的深入理解.本研究通过Mathematica编程将教材上的理论知识可视化,开发了新的物理教学资源,同时也展现了Mathematica软件巨大的物理教学资源开发潜力.     

基于Matlab的点电荷系中的静电场三维可视化研究

基于Matlab提出了一种点电荷系电场强度和电势的三维可视化方法,使得对于点电荷系电场能够得到更加直观的认知,为点电荷系静电场的研究和教学提供了一种新方法。     

基于MATLAB的静电场模拟

在静电场中引入电位和电场强度后,通过等电位线图和场强分布图可以具体的描述静电场这种抽象的物质场。传统的静电场模拟实验直观地展现出了静电场的分布从而形象地描述了静电场,由于这种方法属于类比模拟,所以存在一定的缺陷(比如不直接,不能描述立体规律等等)。随着计算机技术的发展,利用计算机技术来模拟静电场等物质场逐渐成为趋势。通过借鉴大量资料简要地介绍了如何利用计算机模拟静电场,如何利用MATLAB软件模拟静电场的问题。     

基于Tracker软件的学生居家探究实验——以蹦极运动为例

本文设计了基于Tracker软件模拟蹦极运动的学生居家探究实验,用橡皮筋和橘子来模拟蹦极运动,再用Tracker软件分析所录制的蹦极运动视频,得到橘子在竖直方向上运动的位移、速度和加速度随时间变化的图像,通过与弹簧振子的运动过程进行对比,进而分析二者的运动规律并绘制出两者的机械能图像,是学生基于Tracker软件对真实生活情境进行自主研究性学习的一次探索.     

匀速转动电偶极子的辐射公式

极性分子可以等效为一个电偶极子。极性分子在转动过程中由于正负电荷作向心运动,即正负电荷均作加速运动,因此转动的电偶极子会产生辐射。所以转动极性分子的电磁辐射是电磁学及电磁场研究中的重要内容。基于振荡电偶极子的电磁辐射,把旋转电偶极子等效成二个正交放置振荡电偶极子。在振荡偶极子产生磁势矢与变化电偶极矩关系式的基础上,推导出匀速转动电偶极子辐射公式与转动角速度和电偶极矩间的关系式。     

基于Matlab的静电场可视化教学示例

通过静电场中几个典型问题的实例分析并引入Matlab进行可视化教学,加深了学生对所学内容的理解,取得了良好的教学效果。     

高电流密度圆柱状电子光学系统设计

设计了高电流密度圆柱状电子枪,并分析了枪体参数对电子注品质的影响;运用径向力平衡理论计算了聚焦磁场.三维模拟软件CSTPARTICLESTUDIO模拟显示,在枪体电极和空间电荷形成的静电场,以及聚焦磁场作用下,电子呈角向先变速后匀速螺旋状运动,其旋转半径始终与出射阴极面时的半径相同,从而在枪区和互作用通道内维持了注包络水平.模拟结果与设计理论相符.注平均电流密度达到24·4A/cm2,层流性良好,填充因子76·7%,流通率100%.