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.     

模拟同号电荷静电场的实验

普通物理实验中,用直流电流场模拟静电场,必须要有正负电极,而目前生产的静电场描绘仪,只能模拟等量异号电荷的电场。同号电荷的静电场也是典型的静电场之一,用实验的方法描绘出来,对电磁学的教学无疑是有意义的。一、等位面电极的设计和制作要模拟同号电荷的场,除必须设置两个电位相等的同性电极外,还必须设置异性电极。根据静电场唯一性定理,如果把异性电极看作是二个同号电荷电场等位面,并做为电场区域的边界,则边界内部每一点的电位     

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.     

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。     

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.     

构建简单电荷模型解答静电场竞赛问题

在解答某些复杂问题时常需通过类比、对称、微元等方法构建简单的物理模型或复合模型来等效替代问题所属的物理模型．构建简单模型或复合模型常能使复杂、陌生的问题转化为简单、熟悉的问题，使问题得到顺利解答．本文就如何构建简单电荷模型来解答静电场竞赛问题作一小结．     

引力场与静电场可视化类比教学

大学物理教学中,类比法是一种根据已知理论来认识未知理论的重要教学方法,而计算机数值仿真技术可以将物理理论以直观形象的方式展示。将两种方法结合运用到大学物理的教学过程中,可以提高教学质量并培养学生的创造能力。本文以大学物理学中引力场与静电场问题为例,探索了类比教学法与计算机仿真技术结合在大学物理教学中的应用。     

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。     

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。     

运动电荷周围的位移电流

相对于观察者来说,电荷运动时要引起周围空间各点的电场发生变化,而变化的电场就是位移电流,因此,运动电荷的周围是有位移电流存在的。那么,空间里任一点位移电流密度的方向如何确定?大小如何确定?下面准备针对这两个问题谈一谈自己的一些看法。 一、位移电流密度的方向 设电荷q以速度υ向右运动,拿运动方向上任一点p来说,由于运动电荷q距p点愈来愈近,p.点的电位移在△t时间内由D1增至D2,增加了△D(△D=D2-D1),其增量△D的方向,与υ一致,向右。从位移电流密度的定义式jc=来看,位移电流密”“”’“““”““”””‘’ gi”’””””“…     

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...     

空间静电场分布的计算机模拟

根据电磁场的基本理论,利用有限元差分法建立进行计算的物理模型,对于带电系统的静电场分布进行计算机模拟和计算。只要给出模拟场的实际几何尺寸和边界条件,即可通过计算机得到静电场分布图和曲线。     

罗兰与运动电荷磁效应

运动电荷磁效应是美国霍普金斯大学第一任物理学教授罗兰（H．A．Rowland）在1876年于柏林发现的．这一效应的发现,与在它之前56年由奥斯特发现的电流磁效应,有着截然不同的历史背景和影响．电流磁效应的发现导致了安培超距电动力学的诞生,而运动电荷磁效应的发现却成为赫兹发现电磁波的实验的先导．在罗兰和赫兹之间起桥梁作用的是亥姆霍兹（H．vonHelmholtz）．从超距论与场论的分歧来看,这两种效应的历史作用的不同,是?...     

高速运动电荷的辐射角分布

本文从低速运动电荷的偶极辐射角分布出发，通过对辐射方向、立体角元及辐射频率的洛仑兹变换导出高速运动电荷辐射角分布的公式，证明了高速电荷辐射功率沿运动方向集中的现象是由于参考系运动状态不同的结果．     

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,...