吳章蘭,蘇紅梅

(羅定職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東羅定 527200)

基于VB的物理過(guò)程的動(dòng)態(tài)演示＊

吳章蘭,蘇紅梅

(羅定職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東羅定 527200)

主要利用VB平臺(tái),針對(duì)教學(xué)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié),對(duì)物理的一些微觀和抽象的物理過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。這一方法,促進(jìn)了信息技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用,使得物理教學(xué)過(guò)程的改變成為可能,既培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)學(xué)好物理的興趣又讓學(xué)生的能力得到了提高。

VB;物理過(guò)程;動(dòng)態(tài)分析與演示;駐波

科學(xué)昌盛的今天,計(jì)算機(jī)應(yīng)用無(wú)所不在。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)研究和分析物理學(xué),對(duì)有大量的數(shù)學(xué)分析和計(jì)算的學(xué)科來(lái)說(shuō),尤為重要。物理是一門(mén)理論與實(shí)驗(yàn)并重的學(xué)科,從長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程來(lái)看,由于學(xué)生不能充分理解實(shí)驗(yàn)原理中所涉及的微觀和抽象的物理過(guò)程,理論與實(shí)際之間缺乏一個(gè)形象直觀的過(guò)渡。針對(duì)這種情況,我們利用計(jì)算機(jī)對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行改革,使得對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分心,有利于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理過(guò)程的本質(zhì)及其規(guī)律,可以使得教學(xué)效果事半功倍。下面在VB編程環(huán)境中,以一個(gè)非常簡(jiǎn)單的物理過(guò)程——駐波為例進(jìn)行闡述。

一、VB簡(jiǎn)介

VB是一種面向?qū)ο?Object-Oriented Programming)程序語(yǔ)言,簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大,是開(kāi)發(fā)W indows應(yīng)用程序首選的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。由于VB可以生成可執(zhí)行文件,攜帶演示方便,用于開(kāi)發(fā)一些小程序是非常快捷方便,雖然VB和其它語(yǔ)言一樣都是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言,但它還有傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想,非常適合不太會(huì)編程,但又想學(xué)用計(jì)算機(jī)做一些簡(jiǎn)單程序的人使用。自然界充滿復(fù)雜性,其原理、思想深刻,物理學(xué)原理揭示了許多的復(fù)雜性,通過(guò)VB可以對(duì)其進(jìn)行模擬研究,這對(duì)物理專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)非常重要,對(duì)具體實(shí)際問(wèn)題編成訓(xùn)練提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)以及計(jì)算機(jī)軟件編程解決實(shí)際問(wèn)題的能力。再利用VB分析物理現(xiàn)象的基本規(guī)律時(shí),應(yīng)明確所要探索的規(guī)律。在VB環(huán)境中用自然思維去作圖,即在紙上想得到什么樣的圖形,就在VB環(huán)境中怎么作圖。比如:想作一個(gè)點(diǎn)p,只要調(diào)用:drawpointxy_any(drawbox,p, rgb_1,xy_move),可以不用考慮這個(gè)函數(shù)是怎么去實(shí)現(xiàn)的, (其中P是一個(gè)點(diǎn)對(duì)象)即(x,y)。這樣就完成了用VB描點(diǎn)了。記住:點(diǎn)動(dòng)成線,線動(dòng)成面,面動(dòng)成體。

二、駐波動(dòng)態(tài)演示

(一)駐波原理

兩列振幅、頻率相同,但傳播方向相反的簡(jiǎn)諧波疊加而成的波,叫做駐波。兩列簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式分別為:

這就是合成后所得的駐波的波函數(shù)。上式表明,合成以后各點(diǎn)都是以角頻率做簡(jiǎn)諧振動(dòng),但是各處的振幅不同。x處的質(zhì)點(diǎn)振幅

相鄰波腹或波節(jié)之間的距離為λ/2,波腹與波節(jié)之間的距離λ/4。

駐波中振動(dòng)相位取決于coskx因子的正負(fù),每經(jīng)過(guò)一次波節(jié)變號(hào)一次。所以相鄰波節(jié)之間的各點(diǎn)具有相同的相位,波節(jié)兩側(cè)的振動(dòng)相位相反,相位差為π。

(二)駐波動(dòng)態(tài)演示

在課堂上講解駐波概念的時(shí)候,一般通俗的會(huì)用靜止下來(lái)的波來(lái)描述。但是對(duì)于靜止的一般意義,就會(huì)很容易產(chǎn)生波線上的各點(diǎn)都靜止不動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)。而實(shí)際上之所以靜止主要是因?yàn)椴ü?jié)處的質(zhì)點(diǎn)的位移始終為零,波節(jié)像釘子一樣把整個(gè)波形一段一段地“駐”在了波線上。為了形象的表達(dá)靜止下來(lái)的感覺(jué),我們利用VB做了一個(gè)簡(jiǎn)單的編程。具體程序如下:

‘定義各個(gè)變量,t時(shí)間,x橫坐標(biāo),在這里代表質(zhì)點(diǎn)的位置,y縱坐標(biāo),代表質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的振幅

(三)有關(guān)說(shuō)明

在本程序中,為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),我們假定A,λ與ω均為1,質(zhì)點(diǎn)位置x區(qū)間我們?cè)O(shè)定為[0,20]m,每個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間相距0.01m,時(shí)間間隔t的取值范圍為[0,1]s,這個(gè)時(shí)間間隔表示的是駐波變化的快慢,時(shí)間間隔越長(zhǎng)變化越快,為了達(dá)到比較好的演示效果,一般選取0.1s,最后以(x,y)畫(huà)動(dòng)態(tài)波形圖。利用VB程序我們完成了駐波的動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程,形象直觀,生動(dòng)的展示了出來(lái),達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這樣的演示,一方面有利于引導(dǎo)學(xué)生深刻理解掌握物理概念規(guī)律以及物理現(xiàn)象,達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果,同時(shí)也大大提高了學(xué)生學(xué)好物理的積極性與興趣;另外一方面,由于VB簡(jiǎn)單易學(xué),開(kāi)發(fā)小程序比較容易,可以讓學(xué)生課后去練習(xí),利用VB模擬物理現(xiàn)象,分析物理過(guò)程,既掌握了物理知識(shí),又學(xué)習(xí)了VB,兩者齊頭并進(jìn)。當(dāng)然關(guān)于計(jì)算機(jī)在物理學(xué)的應(yīng)用,不僅僅只有VB,大家還可以嘗試運(yùn)用Matlab,Labview等非常好的可視化編程軟件來(lái)演示物理過(guò)程,順帶還可以一起交流利用計(jì)算機(jī)這個(gè)現(xiàn)代計(jì)算工具研究物理問(wèn)題的心得體會(huì)。

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2010-04-02

吳章蘭(1973-),女,廣東云浮人,講師。