中学物理仿真模拟实验.doc

中央电大毕业设计毕业论文专 业:计算机基础与应用 年 级：2004年春计算机本科学 号：041060219姓 名：倪亚非指导老师：李征2005年12月28日物理仿真模拟实验-碰撞实验倪亚非（中央电大计算机基础与应用2004年春本科）指导老师：李征 【摘要】 随着计算机的发展，计算机的应用深入到各个领域，使用Visual basic 6.0制作中学物理仿真模拟实验就是其中的一个领域。 【关键词】 仿真模拟；碰撞；Visual Basic 6.0;窗体; 【引言】 随着计算机的发展，计算机的应用深入到各个领域，使用计算机做物理仿真模拟实验即节省资源，又便捷。 实验原理 中学物理中，碰撞实验作为验证动量守衡的一种精确测量手段，而倍受推崇。碰撞实验使用气垫导轨，数字毫秒计，游标卡尺，滑块等作为实验用具。当两滑块在水平的导轨上沿直线作对心碰撞时，若略去滑块运动过程中受到的粘滞阻力和空气阻力，则两滑块在水平方向除受到碰撞时彼此相互作用的内力外，不受其它外力作用。故根据动量守衡定律，两滑块的总动量在碰撞前后保持不变。设如图1所示，滑块1和滑块2的质量分别为M1和M2，碰撞前二滑块的速度分别为V10和V20，碰撞后的速度分别为V1和V2，则根据动量守衡定律有 M1V10+M2V20=M1V1+M2V2 若写成标量的形式，即 M1V10+M2V20=M1V1+M2V2 式中各速度均为代数值，各V值的正负号决定于速度的方向与所选取的坐标轴方向是否一致，这一点要特别注意。牛顿曾提出“弹性恢复系数”概念。其定义为碰撞后的相对速度与碰撞前的相对速度的比值。一般称为恢复系数，用e表示，即： e= 当e=1时为完全弹性碰撞，e=0时为完全非弹性碰撞，一般0eM2），将滑块2置于A，B光电门之间，使V20=0 推动滑块1以速度V10去撞滑块2，碰撞后速度分别为V1，V2，则M1V10=M1V1+M2V2 碰撞前后动能的变化为：实际实验时，由于滑块运动受到一定的阻力，又由于导轨具有少许的弯曲，在A门测出的速度V1A，在B门测出的速度V2B 和V1B，都和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异，减少差异的方法之一，是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离。办法之二是进行速度修正，因为滑块在“调平”气轨上运动时仍然有加速度。可参照图2测出3个加速度，对相应的速度进行修正 图中滑块 位置为碰撞前瞬间的位置，CD为此时二滑块挡光片中点的位置，AB为实验时光电门的正常位置。 1。AC间距离为S10，将B门移至C，测出滑块1在AC间的加速度a10。则 V10= (V1A是在门的速度) 2。CB间距离为S1，将光电门置于C，B处，测出滑块1在CB间的加速度a1，则 1= (V1是在B门的速度) 3。DB间距离为S2，将光电门置DB时，测出滑块2在DB间的加速度则：V2= (V2B是在B门的速度) （2）。完全非弹性碰撞 此时e=0，将滑块2置于光电门AB间，而且V20=0，滑块1以速度V10撞向滑块2，碰撞后二滑块粘在一起以同一速度V2运动。碰撞前后的动量关系为 M1V10=(M1+M2)V2 动能变化为 核心算法在实验中，滑块的质量和挡片的长度是可以自行设置的，为了和实际相符，滑块的速度也是可以设置的，即10或V1A是可以设置的。也就是说在实验开始时，是以知的。V1使用Scrollbar控件来控制，V1A=Scroll1.value. 那么，如何描述1B（1），2B(V2)？由实验原理可知:1.当时，即：M1V1A= M2V2BV2B=V1A2.当时，有：M1V10=M1V1+M2V2 （其中1A,M1,M2已知）设X V2B/V1A=Y 由最小二乘法求出：a+bX中a,b的值即当1,M2,V1A给定后，就可求出V2B , V1B, V2B=V1A(a+bM1/M2)将上式代入碰撞方程就可求出 V1B=V1A(1-b-aM2/M1)也就是说知道了a,b后，就可知道V1B,V2B求a,b （由实验得以下数据，即可求出a,b）滑块1质量(g)滑块2质量(g)V1A(CM/S)V1B(CM/S) V2B(CM/S)M1M1+117.162.1714.14M1M1+213.593.0210.44M1M1+314.034.019.72M1M1+412.014.337.60M1+1M1+213.111.1111.73M1+1M1+312.962.1510.57M1+1M1+411.802.708.87M1+2M1+313.240.8312.08M1+2M1+417.942.5914.86M1+1M211.741.5312.67M1+2M210.562.5312.51M1+3M210.973.3013.74M1+4M211.223.9514.73M1+2M2+113.471.4914.49M1+3M2+112.342.3214.26M1+4M2+112.753.1615.55M1+3M2+214.041.5215.00M1+4M2+211.992.1113.65 配重=50.07g M1=183.86g M2=183.40g 1表示1个配重设M1/M2=X , V2B/V1A=Y 则：XYX*XXY0.78750.82400.620156250.64890.64840.76820.420422560.498100880.55110.69280.303711210.381802080.47920.63280.229632640.303237760.82500.89470.6806250.73812750.70120.81560.491681440.571898720.60970.75170.371734090.458311490.85130.91240.724711690.776726120.74020.82830.547896040.613107661.27551.07921.626900251.37651961.54861.18462.399852251.83435311.82151.25253.317862252.28142.09451.31284.386930252.74971.21641.07571.479628961.308481481.43091.15562.047474811.653548041.64541.21962.707341162.006729841.17821.06841.388155241.258788881.35481.13841.835483041.5423043218.971817.609325.5781928921.00203747有最小二乘法可知：拟合直线Y=a+bX 的a,b可由以下公式求出 a=Yi/n bXi/n b= 由以上公式和数据可求出： a=0.517202515 b=0.437473235即：Y=0.517202515+0.437473235X到次，由实验以及最小二乘法求出了a,b。在实验开始时，M1,M2,V1A已知，那么从以上公式就可以很容易得到其他的量。 代码Form1:（进入窗体）Private Sub Command1_Click()Unload MeForm2.ShowEnd SubPrivate Sub Form_Load()Form1.Caption = :欢迎使用中学物理仿真模拟实验:Timer1.Interval = 500End SubPrivate Sub Timer1_Timer() 运动字体由Timer1触发s = Form1.Captionb = Len(s)Form1.Caption = Right(s, b - 1) + Left(s, 1)End Sub此窗体中加了段会来回运动的字体，在标题栏里。Form2: (主界面)Option ExplicitPublic flage As BooleanPublic direction1 As Boolean, direction2 As BooleanPublic v As Integer, dd As BooleanPrivate Sub Command1_Click()Dim i As Integer, j As Integer, t As IntegerIf Form8.Text1.Text = Or Form8.Text2.Text = Then 判断滑块质量输入数据t = MsgBox(请先设置滑块1的属性!, 16, 操作步骤错误) 的正确性BeepGoTo hui:End IfIf Form9.Text1.Text = Or Form9.Text2.Text = Thent = MsgBox(请先设置滑块2的属性!, 16, 操作步骤错误)BeepGoTo hui:End IfTimer1.Interval = 50 设置触发时间间隔hui:End SubPrivate Sub Command2_Click() 实验器具位置初始化Image9.Visible = TrueImage6.Left = 960Image9.Left = 4800Timer1.Interval = 0Form13.Text1.Text = Form13.Text2.Text = Form13.Text3.Text = End SubPrivate Sub Command3_Click() 使用Slider控件来设置V1ASlider1.Visible = TrueCommand3.Visible = FalseSlider1.Left = 8520Slider1.Top = 960End SubPrivate Sub data_Click() 数据处理窗口显示Form5.ShowEnd SubPrivate Sub exit_Click() 退出实验EndEnd SubPrivate Sub Label2_Click() 滑块属性1设置窗口显示Form8.ShowEnd SubPrivate Sub Label3_Click() 滑块属性2设置窗口显示Form9.ShowEnd SubPrivate Sub Image2_Click() 光电门位置调整Form2.Image9.Visible = FalseIf direction1 = False Then Image2.Left = Image2.Left + 2000 direction1 = TrueElse Image2.Left = Image2.Left - 2000 direction1 = FalseEnd IfEnd SubPrivate Sub Image3_Click() 光电门位置调整If direction2 = False Then Image3.Left = Image3.Left - 2000 direction2 = TrueElse Image3.Left = Image3.Left + 2000 direction2 = FalseEnd IfImage9.Visible = FalseEnd SubPrivate Sub Image4_Click() 计时器窗口显示Form13.ShowEnd Sub Private Sub Image6_Click() 滑块属性1设置窗口显示Form8.ShowEnd Sub Private Sub Image7_Click() 调平窗口显示Form10.ShowForm12.ShowEnd SubPrivate Sub Image8_Click() 水平窗口显示Form12.ShowEnd SubPrivate Sub Image9_Click() 滑块属性2设置窗口显示Form9.ShowEnd SubPrivate Sub mudi_Click() 实验目的窗口显示Form3.ShowEnd SubPrivate Sub step_Click() 实验步骤窗口显示Form6.ShowEnd SubPrivate Sub form2_load() flage = FalseEnd SubPrivate Sub Timer1_Timer()v = Slider1.Value Dim vv As Singlevv = vIf flage = False Then 判断是完全非弹性碰撞还是非完全弹性碰撞 If Val(Form8.Text1.Text) = Val(Form9.Text1.Text) Then M1=M2时 If Image6.Left 3600 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 Then Image6.Left = Image6.Left + v End If If Image9.Left 3599 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 Then Image9.Left = Image9.Left + v End If If Image6.Left 3240 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text1.Text = Val(Form8.Text2.Text) / vv End If If Image9.Left 6120 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text3.Text = Val(Form9.Text2.Text) / vv End If If Image6.Left 3240 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text1.Text = vv End If If Image9.Left 6120 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text3.Text = vv End If ElseIf Val(Form8.Text1.Text) Val(Form9.Text1.Text) Then M1M2时 If Image6.Left 3600 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 And Image9.Left 3540 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 Then dd = False End If If Image6.Left 960 And Image9.Left 4801 Then Image6.Left = Image6.Left + vv * (1 - 0.437473235 - 0.517202515 * Val(Form9.Text1.Text) / Val(Form8.Text1.Text) End If If Image9.Left 7560 + (10 - Val(Form9.Text2.Text) * 120 And dd = False Then Image9.Left = Image9.Left + vv * (0.517202515 + 0.437473235 * Val(Form8.Text1.Text) / Val(Form9.Text1.Text) End If If Image6.Left 6120 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text3.Text = Val(Form9.Text2.Text) / vv * (0.517202515 + 0.437473235 * Val(Form8.Text1.Text) / Val(Form9.Text1.Text) Form13.Text2.Text = Val(Form8.Text2.Text) / (vv * (1 - 0.437473235 - 0.517202515 * Val(Form9.Text1.Text) / Val(Form8.Text1.Text) End If If Image6.Left 6120 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text3.Text = vv * (0.517202515 + 0.437473235 * Val(Form8.Text1.Text) / Val(Form9.Text1.Text) Form13.Text2.Text = vv * (1 - 0.437473235 - 0.517202515 * Val(Form9.Text1.Text) / Val(Form8.Text1.Text) End If Else M1M2时 If Image6.Left 3600 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 Then Image6.Left = Image6.Left + v End If If Image6.Left 6200 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 + (10 - Val(Form9.Text2.Text) * 120 Then Image6.Left = Image6.Left + vv * (1 - 0.437473235 - 0.517202515 * Val(Form9.Text1.Text) / Val(Form8.Text1.Text) End If If Image9.Left 3600 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 Then Image9.Left = Image9.Left + vv * (0.517202515 + 0.437473235 * Val(Form8.Text1.Text) / Val(Form9.Text1.Text) End If End If If Image6.Left 3240 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text1.Text = Val(Form8.Text2.Text) / vv End If If Image6.Left 6120 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text2.Text = Val(Form8.Text2.Text) / (vv * (1 - 0.437473235 - 0.517202515 * Val(Form9.Text1.Text) / Val(Form8.Text1.Text) End If If Image9.Left 6120 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text3.Text = Val(Form9.Text2.Text) / (vv * (0.517202515 + 0.437473235 * Val(Form8.Text1.Text) / Val(Form9.Text1.Text) End If If Image6.Left 3240 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text1.Text = vv End If If Image6.Left 6120 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text2.Text = vv * (1 - 0.437473235 - 0.517202515 * Val(Form9.Text1.Text) / Val(Form8.Text1.Text) End If If Image9.Left 6120 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text3.Text = vv * (0.517202515 + 0.437473235 * Val(Form8.Text1.Text) / Val(Form9.Text1.Text) End If Else 完全非弹性碰撞 If Image6.Left 3600 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 Then Image6.Left = Image6.Left + vv End If If Image6.Left 6350 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 + (10 - Val(Form9.Text2.Text) * 120 Then Image6.Left = Image6.Left + vv * Val(Form8.Text1.Text) / (Val(Form8.Text1.Text) + Val(Form9.Text1.Text) End If If Image9.Left 3600 + (10 - Val(Form8.Text2.Text) * 120 Then Image9.Left = Image9.Left + vv * Val(Form8.Text1.Text) / (Val(Form8.Text1.Text) + Val(Form9.Text1.Text) End If If Image6.Left 3240 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text1.Text = Val(Form8.Text2.Text) / vv End If If Image9.Left 6120 And Form13.Option1.Value = True Then Form13.Text3.Text = Val(Form9.Text2.Text) / (vv * Val(Form8.Text1.Text) / (Val(Form8.Text1.Text) + Val(Form9.Text1.Text) Form13.Text2.Text = Val(Form8.Text2.Text) / (vv * Val(Form8.Text1.Text) / (Val(Form8.Text1.Text) + Val(Form9.Text1.Text) End If If Image6.Left 3240 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text1.Text = vv End If If Image9.Left 6120 And Form13.Option2.Value = True Then Form13.Text3.Text = vv * Val(Form8.Text1.Text) / (Val(Form8.Text1.Text) + Val(Form9.Text1.Text) Form13.Text2.Text = vv * Val(Form8.Text1.Text) / (Val(Form8.Text1.Text) + Val(Form9.Text1.Text) End IfEnd IfEnd SubPrivate Sub yq_Click() 仪器帮助窗口显示Form7.ShowEnd SubPrivate Sub yuanli_Click() 实验原理窗口显示Form4.ShowEnd SubForm3:（实验目的）Form4:（实验原理）Form5:（数据处理）Private Sub Command4_Click() 调用外部计算器程序Dim cal As Stringcal = Shell(C:WINDOWSSystem32calc.exe, 1)End SubForm6:（实验步骤）Private Sub Command1_Click()Form2.Image9.Left = 4800Form6.HideForm2.flage = FalseForm2.Command1.Enabled = True 保证使用者在看了实验步骤以后在开始实验End SubPrivate Sub Command2_Click() 开始非完全弹性碰撞Form2.Image9.Left = 4800Form6.HideForm2.flage = TrueForm2.Command1.Enabled = TrueEnd SubPrivate Sub Command3_Click() 开始完全非弹性碰撞Form2.Image9.Left = 7440Form6.HideForm2.flage = FalseEnd SubForm7:（仪器介绍）Form8:(滑块1属性设置)Private Sub Command1_Click()Dim t As IntegerIf Val(Text2.Text) 10 Thenf = MsgBox(请输入10以内整数！, 16, 数据输入错误)End IfEnd SubForm9:（滑块2属性设置） （和滑块1的类似）Private Sub Command1_Click()If Val(Text2.Text) 10 Thenf = MsgBox(请输入10以内整数！, 16, 数据输入错误)End IfEnd SubForm10:（调平旋钮）Private Sub Image1_Click() 右粗调If Form12.Image2.Left 1140 Then Form12.Image2.Left = Form12.Image2.Left - 20Else Form12.Image2.Left = Form12.Image2.Left + 20End IfEnd SubPrivate Sub Image2_Click() 右微调If Form12.Image2.Left 1140 Then Form12.Image2.Left = Form12.Image2.Left - 5Else Form12.Image2.Left = Form12.Image2.Left + 5End IfEnd SubPrivate Sub Image3_Click() 左粗调If Form12.Image2.Left 1140 Then Form12.Image2.Left = Form12.Image2.Left + 20Else Form12.Image2.Left = Form12.Image2.Left - 20End IfEnd SubForm12：（水平）Private Sub Form_Load() 随机确定水平位置Form12.Image2.Left = Form12.Image2.Left + Int(1001 * Rnd(1) - 400End SubForm13:（计时器窗口）Private Sub form13_load() 初始化Text1.Text = Text2.Text = Text3.Text = End SubPrivate Sub Option1_Click() 测时间档Label1.Caption = T1a:Label2.Caption = T1b:Label3.Caption = T2b:Label8.Caption = sLabel9.Caption = sLabel10.Caption = sEnd SubPrivate Sub Option2_Click() 测速度档Label1.Caption = V1a:Label2.Caption = V1b:Label3.Caption = V2b:Label8.Caption = cm/sLabel9.Caption = cm/sLabel10.Caption = cm/sEnd SubPrivate Sub Option3_Click