力学
从匀速直线运动到碰撞仿真,用交互实验建立直觉,理解物质运动的本质规律。
对比地面与运动列车两个参考系下物体的运动描述,理解参考系选取对运动描述的影响。观察同一物体在不同参考系中的位移、速度差异,体会运动的相对性。
→微元法推导匀变速直线运动位移公式。调节初速度、加速度和等分数n,通过v-t图像矩形逼近演示实际位移与理论位移的关系。
→伽利略等时性:竖直圆最高点沿任意弦滑到圆周所用时间相等。调节弦与竖直方向夹角,比较4条不同弦上小球的位移、加速度与到达时间。
→研究物块在倾斜传送带上的运动:参数可调(倾角、摩擦、带速),实时 v-t 图像,支持共速暂停、摩擦力标注。
→模拟人下蹲与起立过程中体重计示数随加速度的变化。观察减速下蹲与加速起立时视重先减小后增大的规律,理解超重与失重在不同运动场景下的物理本质。
→模拟电梯在不同运动状态下,体重计示数随加速度的变化。理解超重与失重的本质是加速度引起的视重变化,而非重力改变。
→模拟小船在河水中渡河的运动。调节水流速度、船速大小和方向,观察合速度、渡河时间和位移的变化。
→模拟飞机在匀速/加速/减速飞行中连续投弹。调节初速度、加速度、飞行高度和投放间隔,观察炸弹在空中竖直间距、空中水平间距和落地水平间距的变化规律。
→模拟斜抛物体的运动轨迹,调节初速度、抛射角和抛射高度,观察最大高度、飞行时间和水平射程的变化规律,对比理论公式与实际仿真。
→模拟圆锥摆运动,观察摆球在水平面内的匀速圆周运动。调节摆长、半顶角和摆球质量,探究向心力的来源与定量关系。
→用本轮-均轮叠加演示托勒密地心体系。调节本轮半径 R₁、均轮半径 R₂ 与行星角速度,观察行星的"逆行"现象,对比地心说与日心说的几何差异。
→椭圆轨道、面积速度恒定、a³/T²=k 三定律可视化。调节偏心率与半长轴,对比三颗行星的 a、T、a³/T² 数据。
→模拟两颗恒星相互绕行的双星系统,调节质量和距离,观察轨道半径与角速度的定量关系。
→模拟人造地球卫星的圆轨道与椭圆轨道运动。调节轨道半径与天体质量,观察近地卫星与同步卫星的线速度、角速度、周期变化,对比理论公式与仿真数据。
→模拟倾斜同步卫星在地球表面的投影轨迹。调节轨道倾角与升交点经度,观察 8 字形(analemma)轨迹的形成,理解卫星轨道平面与赤道面夹角对地面观测者所见位置的影响。
→小球沿斜面轨道运动,实时展示动能、重力势能与因摩擦产生的内能的相互转化。调节轨道形状、高度与摩擦系数,观察机械能守恒或耗散,理解能量守恒定律。
→模拟游标卡尺测量长度。切换10分度、20分度、50分度游标,拖动游标对齐刻线,练习主尺与副尺读数并核对测量结果,理解不同分度下的最小精度。
→两物体在同一直线上的弹性碰撞与非弹性碰撞。调节质量比与恢复系数,观察动量、动能传递规律,验证动量守恒定律。
→圆周运动在直径方向上的投影即为简谐运动。调节角速度和振幅,观察质点的圆周运动、弹簧振子与三角函数波形三者的同步关系。
→水平/竖直弹簧振子的简谐运动。调节劲度系数、质量、阻尼与初始位移,观察振幅、周期与能量随时间演化,对比两种模式下的受力差异。
→探究单摆周期与摆长、重力加速度、振幅的关系。在小角度近似下验证周期与振幅无关、与摆长平方根成正比的规律,对比简谐运动与一般摆动的差异。
→观察驱动力频率对受迫振动振幅的影响,探究共振现象背后的频率匹配规律,理解阻尼在抑制共振中的作用。
→对比横波(质点振动方向垂直于传播方向)与纵波(质点振动方向平行于传播方向)的传播特点。通过弹簧与水波模型直观展示两种波形。
→两列波在空间相遇时,位移矢量相加形成合成波形,相遇后仍保持各自的频率、波长与传播方向。调节波源频率、振幅与传播方向,观察同向/反向叠加产生的相长与相消区域,理解波的独立传播与叠加原理。
→观察波在固定端与自由端边界的反射及相位翻转(半波损失),以及两列反向传播的相干波叠加形成驻波时波节与波腹的稳定分布。调节入射波频率、振幅与边界类型,理解反射相位变化与驻波稳定条件。
→两列相干波在空间叠加形成稳定的干涉图样。调节波源间距、频率与相位差,观察明暗条纹分布与相消/相长区域,理解波的叠加原理。
→模拟救护车警笛由远及近再远去的过程,观察观察者接收到的频率变化,理解多普勒效应及其应用。
→模拟水波通过狭缝后的衍射现象,调节缝宽与波长,观察波的绕过与扩散程度随缝宽/波长比的变化,理解发生明显衍射的条件。
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