內置模擬物理力學實驗場景的電子裝置及其控制方法

2023-06-01 10:58:56 1

專利名稱：內置模擬物理力學實驗場景的電子裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一禾中內置模擬物理力學實驗場景的電子裝M其控制方法。
背景技術：
隨著實驗教學的普及，現在越來越重視學生的動手能力及思維能力。 但是，實際投入經費多，往往是一節課老師講一個實驗， 一個班級的同學 做相同的一個實驗，模式僵化，教學方式呆板，而且學生進實驗室時間又 少，效果不理想。另外，很多教師使用網絡教學，傳授給學生知識的方式 仍停留在"教"的基礎上，學生實際動手能力不強。而一直以來，物理學 就是以探索為學習手段的，讓學生自己去探索、研究學習已經刻不容緩。
目前，國內尚無進行內置模擬物理力學實驗場景的電子裝置及其控制 方法的實驗研究，因此，如何針對學生自己探索、研究物理力學知識，採 用人機互動形式，模擬物理力學實驗的真實場景，建立電子裝置的學習系 統和控制方法來幫助學生仿真操作物理力學實驗，以方便、直觀地呈現實 驗過程及實驗結果，提高學生動手能力、思維能力、創新能力的電子裝置 以及實驗過程、實驗結果控制方法的實驗研究，是教學領域迫切需要解決 的問題。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術中的不足之處，提供一種讓學生 自己探索、研究物理力學知識為出發點，採用人機互動形式，模擬物理力 學實驗的真實場景，通過本電子裝置的學習系統和控制方法來幫助學生仿 真操作物理力學實驗，以方便、直觀地呈現實驗過程及實驗結果，提高學 生動手能力、思維能力、創新能力的電子裝置。本發明的另一目的是提供 了一種模擬物理力學實驗場景以及實驗過程、實驗結果的控制方法。
本發明的目的可以通過以下措施來達到
這種內置模擬物理力學實馬針湯景的電子裝置，其物紋處在於，它包括 一中央處理單元(MCU)，用於處理程式指令並執行相應運算；
一顯示驅動電路，經總線連接於中央處理單元，支持單色LCD和真彩 高解析度LCD，用於顯示圖形、圖像(視頻、動畫)、文字信息；
一存儲單元，經總線連接於中央處理單元，用於存儲用戶信息、與物 理力學實驗相關的信息，如，實驗課題、課件、器件圖庫及函數庫；
一觸控螢幕及控制電路，經總線連接於中央處理單元，用於接收用戶輸 入及操作指令，其輸入裝置包括觸控螢幕、手寫筆；
一鍵盤控制電路，經總線連接於中央處理單元，用於接收用戶輸入及 操作指令，其輸入裝置包括諸如鍵盤、滑鼠；
一 VGA視頻輸出接口 ，經總線連接於中央處理單元，並可外接投影機， 用於將實5僉內容及過程通過投影機投影到大屏幕，便於演示和交流；
一USB通訊接口及供電電路，經總線連接於中央處理單元，並經總線 外接電腦，用於與電腦聯接進行用戶數據傳輸、系統升級；
一無線數據通訊接口，經總線連接於中央處理單元，並經總線外接於 其它用戶，以實現點對點數據通訊和點對多數據群發通訊。
本發明的目的還可以通過以下措施來達到
這種實現上述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法，其特 殊之處在於，包括以下步驟
(1) 創建並設置器件屬性(步驟101);
(2) 判斷是否運行涉驟102);
(3) 若步驟102的判斷結果為否，則重新判斷是否運行(步驟102);
(4) 若步驟102的判斷結果為是，則調用Kernal函數根據運動對象的當 前狀態計算它的下一個狀態(步驟103);
(5) 計算各物理參數的影響(步驟104);
(6) 對運動對象位置的修正(步驟105)後返回步驟103;
(7) 得到運動對象新的狀態，包括位置、速度、加速度、受力(步驟106);
(8) 判斷是否達到每脈掃描次數涉驟107);
(9) 若步驟107的判斷結果為否，則結束(步驟109);
(10) 若步驟107的判斷結果為是，則經"調用redraw函數繪製運動對象， 輸出參數"(步驟108)轉入結束(步驟109)。
所述步驟104中的各物理參數包括以下內容
計算重力的影響；
計算電場的影響；
計算磁場的影響；
計算萬有引力的影響；
計算彈簧的影響；
計算支撐體的影響；
計算點電荷的影響；
計算直線軌道的影響；
計算圓弧軌道的影響；
計算細繩的影響；
計算剛杆的影響；
計算釘子的影響；
計算滑輪的影響；
計算阻尼介質的影響。
模擬飛機在真實環境下投彈實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟 (l)創建若干個相同的實驗中表示炸彈的小球重疊置於一定高度處，且
分別對若干個小球給定初速度，且設置運行時顯示軌跡，將第六個小球添
加實驗中飛機貼圖涉驟1011);
(2) 創建輔助點，其方向是水平的，大小對應的是貼圖對象運行的速度， 創建阻尼介質來模擬真實環境的空氣阻力(步驟1012);
(3) 用程序編輯器來編輯一段控制代碼來控制運動對象在運行過程中的 狀態(步驟1013)。
模擬飛機在真實環境下投彈的實驗編輯器的步驟1013進一步包括以下
步驟
(1) 實驗開始，轉下一步驟時分為三路(步驟201);
(2) 運動對象Lfy:9.8(步驟202);
(3) 判斷t是否大於等於l(步驟203);
(4) 若步驟203的判斷結果為否，則返回步驟202;
(5) 若步驟203的判斷結果為是，運動對象1.fy二0(步驟204);
(6) 判斷運動對象l.y是否小於零(步驟205);
(7) 若步驟205的判斷結果為否，則返回步驟204;
(8諾步驟205的判斷結果為是，運動對象l.y^;運動對象l.fy4)，運 動對象1.vx=0;運動對象1.vy二O(步驟206); (9)結束(步驟228);
(D)承接步驟201進入運動對象2.fy:9.8(步驟207);
(U)判斷t是否大於等於2(步驟208);
幼若步驟208的判斷結果為否，則返回步驟207;
(L3)若步驟208的判斷結果為是，運動對象2.fy二0(步驟209);
(!4)判斷運動對象2.y是否小於O(步驟210);
(L5)若步驟210的判斷結果為否，則返回步驟209;
站若步驟210的判斷結果為是，運動對象2.y二0;運動對象2.fy^0;運 動對象2.vx=0;運動對象2.vy二0(步驟211); W結束(步驟228);
胸承接步驟201進入運動對象3^=9.8(步驟212);
(L9)判斷t是否大於等於3(步驟213);
瀏若步驟213的判斷結果為否，則返回步驟212;
(21) 若步驟213的判斷結果為是，運動對象3.fy二0(步驟214);
(22) 判斷運動對象3.y是否小於(步驟21.5);
(23) 若步驟215的判斷結果為否，則返回步驟214;
(24) 若步驟215的判斷結果為是，運動對象3.y二0;運動對象3.fy二；
運動對象3.vx二0;運動對象3.vy^0(步驟216);
(25) 結束(步驟228);
(26) 承接步驟201進入運動對象4.fy:9.8(步驟217);
(27) 判斷t是否大於等於4(步驟218);
(28) 若步驟218判斷結果為否，則返回步驟217;
(29) 若步驟218的判斷結果為是，運動對象4.fy二0(步驟219);
(30) 判斷運動對象4.y是否小於O(步驟220);
(31) 若步驟220的判斷結果為否，則返回步驟219;
(32) 若步驟220的判斷結果為是，運動對象4.y=0;運動對象4.fy二0; 運動對象4.vx=0;運動對象4.vy^(步驟221);
(33) 結束(步驟228);
(34) 承接步驟201進入運動對象5.fy:9.8(步驟222);
(35) 判斷t是否大於等於5(步驟223);
(36) 若步驟223的判斷結果為否，則返回步驟222;
(37) 若步驟223的判斷結果為是，運動對象5.fy-0(步驟224);
(38) 判斷運動對象5.y是否小於O(步驟225);
(39) 若步驟225的判斷結果為否，則返回步驟224;
(40) 若步驟225的判斷結果為是，運動對象5戶0;運動對象5.fy=0; 運動對象5.vx=0;運動對象5.vy^0(步驟226);
(41) 運動對象l.vy^(步驟227);
(42) 結束(步驟228)。
驗證牛頓第一定律實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟
(1) 創建三個各參數相同的運動對象涉驟3011);
(2) 創建三條參數相同車爐A、 B、 C，給車爐A添加大阻尼介質，車爐 B添加較小阻尼介質，軌道C不添加阻尼介質(步驟3012)。
驗證牛頓第一定律實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l份析運動對象的軌跡，驗證牛頓第一定律(步驟3013)。
驗證牛頓第二定律實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟
(1) 創建質量分別為lkg、 2kg、 3kg的運動對象A、 B、 C，對應的分別 施以2牛頓、2牛頓、3牛頓的水平外力(步驟3021);
(2) 對每個運動對象加以動態注釋來分別顯示的加速度大小(步驟3022)。 驗證牛頓第二定律實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l)分析運動對象加速度與質量，外力的影響，驗證牛頓第二定律(步驟
3023)。
驗證胡克定律實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟
(1) 創建質量分別為lkg的運動對象，且運行時不考慮重力影響，同時 創建一彈簧，倔強係數為100牛/米，原長為0.8米， 一端接運動對象，另 一端置於坐標原點上(步驟401);
(2) 對彈簧做彈簧的伸長長度和彈力的動態注釋涉驟402)。 驗證胡克定律實芬全場景的步驟102進一步包括以下步驟 (l)拖動運動對象(步驟403)。
驗證胡克定律實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l汾析彈力與倔強係數，彈簧伸長長度的影響，斷正胡克定律(步驟404)。 模擬萬有引力實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟
(1) 創建質量為6e24kg，半徑為5.0e6米的運動對象來模J^也球，且置於 原點，運動時不考慮重力，只考慮運動對象間萬有引力(步驟501);
(2) 創建水平初速度為7900米/秒，且坐^示置於(0，6450000)(步驟502);
(3) 創建輔助點矢量，輔助點動態顯示人造衛星水平方向的速度，矢量 比例設置為4000(步驟503);
(4) 拖動輔助點箭頭，調節人造衛星的水平初速度(步驟504)。 模擬萬有引力實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l)分析運動物體間的引力關係，驗證萬有引力(步驟505)。 模擬機械能守恆實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟 (l)創建運動對象，置於20米高度(步驟601); (2度量編*離來創艇動對象的重力勢能、動能以及機械敏步驟602); (3喻」建輔助點，示運動對象的重力勢能、動能以及機械能(步驟603)。 禾莫擬機械能守恆實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l份析總機械能與重力勢能、動能三者之間的影響，驗證機械能守叵(步 驟604)。
模擬完全彈性碰撞實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟
(1) 創建兩個質量相同的運動對象，用兩根繩子分別掛起置於同一個高 度(步驟701);
(2) 將其中一個小球拉到一定高度(步驟702)。 模擬完全彈性碰撞實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (1 0鵬兩傾動膽的運動漲，分析鋭單性碰撞的現象(步驟704)。 模擬帶點小球在點電^^中的實5鈔湯景的步驟101 a^步皿以下步驟
(1) 創建一個正的點電荷(步驟801);
(2) 在點電荷周圍創建一圈帶電的運動對象，且在試驗中設置不考慮運 動對象之間的電荷吸引力；並且在運動對象的動態顯示裡面選中顯示合外 力(步驟802)。
模擬帶點小球在S電^^中的實 鈔湯景的步驟102 J2^步皿以下步驟 (l)拖動帶電運動對象(步驟803)。
模擬帶點小球在點電荷場中的實驗場景的步驟106進一步包括以下步
驟
(l)通過觀察各運動對象的合外力來觀察帶電小球在點電荷場中的影響 (步驟804)。
模擬迴旋例子加速器實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟 (l液不考慮重力的情況下，創建一個大小為3特斯拉，方向是垂直向 外的矩形勻強磁場，再創建兩個大小都為10牛/庫，方向分別為90度和270 度的勻強電場置於磁場中，創建電量為1庫侖，初速度為0的運動對象置 於其中，運動對象的動態設置中顯示合力矢量(步驟901)。
模擬迴旋例子加速器實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟
(1)mili効僉的運動彭Lii以腿動對象上的箭頭的大小和方向(步驟902)。
本發明相比現有技術，具有如下優點
1、 不受實驗條件、環鏡、實驗儀器不足、設備欠缺的限制，可以隨時 隨地進行模擬實驗。
2、 實驗過程中運用圖像、文字、投影、動畫等結合的方式，直觀、生 動、形象的展現實驗過程，有利於學生觀察、分析、研究、理解物理知識。
3、 打破傳統的老師以"教"為主為學習模式，讓學生自已動手研究、 探索問題，有效提高學生實踐能力、動手能力、動腦能力。
4、 模擬真實物理實驗場景，激發學生的學習興趣，提高學生學習、探 索物理知識的積極性。


圖1是本發明內置模擬物理力學實驗場景的電子裝置的電路方框圖。 圖2是本發明控制方法的流程所依託的硬體平臺的電路方框圖。 圖3是本發明內置模擬物理力學實驗場景控制方法的主流程圖。 圖4是本發明內置模擬物理力學平臺模擬飛機在真實環境下投彈的實 驗場景的流程圖。
圖5是本發明內置模擬物理力學平臺模擬飛機在真實環境下投彈的實 驗編輯器流程圖。
圖6 ~圖10是利用物理力學平臺做模擬飛機在真實環境下投彈的實驗 場景的操作界面示意圖。
圖11是本發明內置模擬物理力學平臺驗證牛頓第一定律實驗場景的流程圖。
圖12 ~圖14是利用物理力學平臺驗證牛頓第一定律實驗場景的操作界 面示意圖。
圖15是本發明內置模擬物理力學平臺驗證牛頓第二定律實驗場景的流程圖。
圖16 ~圖17是利用物理力學平臺驗證牛頓第二定律實驗場景的操作界 面示意圖。
圖18是利用物理力學平臺驗證胡克定律實驗場景的流程圖。
圖19是利用物理力學平臺驗證胡克定律實驗場景的操作界面示意圖。
圖20是利用物理力學平臺驗證萬有引力實驗場景的流程圖。
圖21 ~圖22是利用物理力學平臺驗證人造地球衛星實驗場景的操作界
面示意圖。
圖23是利用物理力學平臺驗證機械能守恆實驗場景的流程圖。
圖24 ~圖25是利用物理力學平臺驗證機械能守f亙實驗場景的操作界面
示意圖。
圖26是利用物理力學平臺驗證完全彈性碰撞實驗場景的流程圖。 圖27是利用物理力學平臺5金證完全彈性5並撞實驗場景的t喿作界面示意圖。 圖28是利用物理力學平臺驗證帶電小球在點電荷電場中的受力實驗場 景的流程圖。
圖29是利用物理力學平臺驗證帶電小球在點電荷電場中的受力實驗場
景的操作界面示意圖。
圖30是利用物理力學平臺驗證迴旋粒子加速器實驗場景的流程圖。 圖31 ~圖32是利用物理力學平臺驗證迴旋粒子加速器實驗場景的操作
界面示意圖。
具體實施例方式
本發明下面將結合附圖作進一步詳述
請參閱圖1所示，該電子裝置包括中央處理單元(MCU )，用於處理程 式指令並執行相應運算；分別經總線連接於中央處理單元(MCU)的顯示 驅動電路，用於顯示圖形、圖像(視頻、動畫)、文字等信息；存儲器，用 於存儲用戶信息、與物理力學實驗相關的信息，如，實驗課題、課件、器 件圖庫及函數庫等；觸控螢幕及控制電路，用於接收用戶輸入及操作指令， 其輸入裝置包括觸控螢幕、手寫筆等；鍵盤控制電路，用於接收用戶輸入及
操作指令，其輸入裝置包括諸如鍵盤、滑鼠等；VGA視頻輸出接口，外接
投影機，用於將實驗內容及過程通過投影機投影到大屏幕，便於演示和交
流；USB通訊接口及供電電路，經總線外接電腦，用於與電腦聯接進行用 戶數據傳輸、系統升級；無線網絡通訊接口，經總線與其它用戶點對點數 據通訊和點對多數據群發通訊，用於實現點對點數據通訊和點對多數據群 發通訊。所述電子裝置可以是掌上型電腦(HPC)、電子詞典的一種。 請參閱圖2所示，分項說明如下
顯示------採用65536萬色LCD,通過16根數據線(RGB565)與CPU
相連，CPU控制LCD顯示情況。
角蟲摸屏——採用四線電阻式觸摸，當手指接觸屏幕，兩層ITO導電層 出現一個接觸點，因其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使 得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個接通後，進行A/D轉換， 並將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸 的坐標，這就是電阻技術觸控螢幕的基本原理。
NANDFLASH:詞典數據的存儲，底層程序，驅動的存儲，留給用戶 的下載空間。開機直接啟動NANDFLASH，把驅動程序，底層程序加載到 初始化OK的SDRAM中，啟動整個系統。
SDRAM採用雙片16M的SDRAM,通過32根數據線與CPU相連，
主要負責系統的加載，數據程序緩存。
攝像採用130萬象素CMOS SENSOR,可以拍照，錄像。與TFT LCD 相對比，CMOS SENSOR和TFT LCD正好是一對最佳拍檔。就如攝像機與 電視機是最佳拍檔一樣，攝像技術是通過透鏡成像於感光元件表面，通過 掃描方式從感光元件上的光強信號轉換為電信號，加上同步信號，傳輸出 來送到電視機，電視機則將攝像設備送過來的信號按照相同的同步方式， 用掃描的方式，將攝像感光元件表面的光強度進行重現。CMOS SENSOR 與TFT LCD,—個是將畫面實時地傳送出來，一個是實時地顯示出來，所以， 在接口方面有相似之處。不過，由於CMOS SENSOR的輸出引腳相對較少，
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是8位，而TFTLCD數據線16位，所以在CMOS輸出時只能一個基色一 個基色地傳送，而LCD則是一個像素一個像素地傳送。所以CPU在系統 中起的作用是將一個基色一個基色的信號存儲於FIFO中，處理後形成文件 或變換成LCD的數據格式直接向LCD傳送。
TV—interface—l.GPU把顯示的數據，資料送到顯存(就是顯示內存) 處理。
從顯存進入Digital Analog Converter (中文是"數模轉換器")中，資料 轉換的工作(把0和1轉換成圖像)。
從DAC通過TV-interface接口進入顯示器。
所述VGA視頻輸出接口電路，主要包括高速DA轉換器件，由指定的 MCU晶片把RGB數位訊號轉換成模擬信號，經過簡單外圍電路，變成 TV-interface,指定的MCU晶片主要作用把數位訊號變成模擬信號。
請參閱圖3所示，該電子裝置的控制方法，包括以下步驟
(1) 創建並設置器件屬性涉驟101);
(2) 判斷是否運行(步驟102);
(3) 若步驟102的判斷結果為否，則重新判斷是否運行(步驟102);
(4) 若步驟102的判斷結果為是，貝,用Kernal函數根據運動對象的當 前狀態計算它的下一個狀態(步驟103);
(5) 計算各物理參數的影響(步驟104);
(6) 對運動對象位置的修正(步驟105)後返回步驟103;
(7) 得到運動對象新的狀態，包括位置、速度、加速度、受力(步驟106);
(8) 判斷是否達到每脈掃描次數涉驟107);
(9) 若步驟107的判斷結果為否，則結束(步驟109);
ao)若步驟107的判斷結果為是，則經"調用redmw函數繪製運動對象， 輸出參數"(步驟108)轉入結束(步驟109)。
所述步驟104中的各物理參數包括以下內容 計算重力的影響；
計算電場的影響；
計算磁場的影響；
計算萬有引力的影響；
計算彈簧的影響；
計算支撐體的影響；
計算點電荷的影響；
計算直線軌道的影響；
計算圓弧軌道的影響；
計算細繩的影響；
計算剛杆的影響；
計算釘子的影響；
計算滑輪的影響；
計算阻尼介質的影響。
圖4 ~圖10示出了利用物理力學平臺做模擬飛機在真實環境下投彈實 驗場景的實施例。
請參閱圖4所示，模擬飛機在真實環境下投彈實驗場景的步驟101進 一步包括以下步驟
(1) 創建若干個相同的實驗中表示炸彈的小球重疊置於一定高度處，且 分別對若干個小球給定初速度，且設置運行時顯示軌跡，將第六個小球添 加實驗中飛機貼圖(步驟);
(2) 創建輔助點，其方向是水平的，大小對應的是貼圖對象運行的速度， 創建阻尼介質來模擬真實環境的空氣阻力(步驟]012);
(3) 用程序編輯器來編輯一段控制代碼來控制運動對象在運行過程中的 狀態(步驟1013);
模擬飛機在真實環境下投彈實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟
(1) 觀察炸彈在空中的位置關係，觀察炸彈落地點的關係(步驟106].);
(2) 結束(步驟109 )。
請參閱圖5所示，模擬飛機在真實環境下投彈的實驗編輯器的步驟1013 進一歩包括以下步驟
(1) 實驗開始，轉下一步驟時分為三路(步驟201);
(2) 運動對象1.fy^9.8(步驟202);
(3) 判斷t是否大於等於l(步驟203);
(4) 若步驟203的判斷結果為否，則返回步驟202;
(5) 若步驟203的判斷結果為是，運動對象1.fy^0(步驟204);
(6) 判斷運動對象l.y是否小於零(步驟205);
(7) 若步驟205的判斷結果為否，則返回步驟204;
(8) 若步驟205的判斷結果為是，運動對象l.y^O;運動對象l.fy^，運 動對象1.vx二；運動對象1.vy二O(步驟206);
(9) 結束(步驟228);
(10) 承接步驟201進入運動對象2.f"9.8(步驟207);
(11) 判斷t是否大於等於2(歩驟208); (^若步驟208的判斷結果為否，則返回步驟207; (L3)若步驟208的判斷結果為是，運動對象2.fy4)(步驟209); (L4)判斷運動對象2.y是否小於O(步驟210);
(!5)若步驟210的判斷結果為否，則返回步驟209;
C^若步驟210的判斷結果為是，運動對象2.y4);運動對象2#=0;運 動對象2.vx4);運動對象2.vy^0(步驟211); (17)結束(步驟228);
胸承接步驟201進入運動對象3.fy二9.8(步驟212);
的判斷t是否大於等於3(步驟213);
幼若步驟213的判斷結果為否，則返回步驟212;
(21) 若步驟213的判斷結果為是，運動對象3.fy^(步驟214);
(22) 判斷運動對象3.y是否小於O(步驟215);
(23) 若步驟215的判斷結果為否，則返回步驟214;
(24) 若步驟215的判斷結果為是，運動對象3.y=0;運動對象3.fy=; 運動對象3.vx=0;運動對象3.vy4)(步驟216);
(25) 結束(步驟228);
(26) 承接步驟201進入運動對象4.fy二9.8(步驟217);
(27) 判斷t是否大於等於4(步驟218);
(28) 若步驟218判斷結果為否，則返回步驟217;
(29) 若步驟218的判斷結果為是，運動對象4辦=0(步驟219); (3)判斷運動對象4.y是否小於O(步驟220);
(31) 若步驟220的判斷結果為否，則返回步驟219;
(32) 若步驟220的判斷結果為是，運動對象4.y-0;運動對象4.fy二； 運動對象4.vx=0;運動對象4.vy^(步驟221);
(33) 結束(步驟228);
(34) 承接步驟201進入運動對象5.fy二9.8(步驟222);
(35) 判斷t是否大於等於5(步驟223);
(36) 若步驟223的判斷結果為否，則返回步驟222;
(37) 若步驟223的判斷結果為是，運動對象5辦=0(步驟224);
(38) 判斷運動對象5.y是否小於O(步驟225);
(39) 若步驟225的判斷結果為否，則返回步驟224;
(40) 若步驟225的判斷結果為是，運動對象5.y二0;運動對象5.fy=0; 運動對象5.vx=0;運動對象5.vy^0(步驟226);
(41) 運動對象LvyO(步驟227); (犯)結束(步驟228)。
請參閱圖6 ~圖10所示，通過力學平臺模擬飛機在真實環境下投彈的 實驗場景的操作界面的實驗過程演示如下
請參閱圖6所示，在圖象輸出區畫出模擬真實器材的實驗器件 實現方法
①觸摸筆選擇"運動對象"按鈕；
② 調用redraw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出小球 圖象；
③ 再使用複製、粘貼工具連續添加五個；
④ 使六個運動對象在同一位置重疊；
請參閱圖7所示，畫完運動對象後，分別對六個運動對象定義變量、 顯示運動軌跡，並將第六個運動對象添加貼圖，系統調用redmw函數，輸 出參數，運用算法自動記錄定義的變量，並在圖象輸出區畫出貼圖。
請參閱圖8所示，點擊"菜單"中的"輔助點"，進行相關的設置後， 系統運用算法在圖象輸出區畫出輔助點圖片，並且可以拖動輔助點來改變 它的數值。
請參閱圖9所示，點擊"阻尼介質"按鈕，模擬真實環境中的空氣阻 力，系統運用算法，自動生成阻尼介質的圖片。
請參閱圖IO所示，用程序編輯器來編輯一段控制代碼來控制運動對象 在運行過程中的狀態，點擊"運行"按鈕，系統在圖象輸出區模擬真實場 景中的飛機投彈實驗，飛機投下來的炸彈因為之前設置的阻尼介質模擬了 真實環境中的空氣阻力因素，所以運行軌跡是不規律的，系統運用算法自 動處理程序編輯器中的程序，動態的顯示整個實驗過程，並調用redraw函 數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區輸出實驗結果圖象。
圖11 ~圖14示出了利用物理力學平臺驗證牛頓第一定律實驗場景的實施例。
牛頓第一定律"一切物體總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，直到 有外力迫使它改變這種狀態為止。"
請參閱圖11所示，驗證牛頓第一定律實驗場景的步驟101進一步包括 以下步驟
(1) 創建三個各參數相同的運動對象(步驟3011);
(2) 創建三條參數相同軌道A、 B、 C，給軌道A添加大阻尼介質，軌道 B添加較小阻尼介質，軌道C不添加阻尼介質(步驟3012)。
驗證牛頓第一定律實驗場景的步驟106進一歩包括以下步驟
(l)分析運動對象的軌跡，驗證牛頓第一定律(步驟3013)。
請參閱圖12 ~圖14所示，通過平臺驗證牛頓第一定律實驗場景的操作 界面的實驗過程演示如下
請參閱圖12所示，新建一個實驗，添加三個傾斜的直線軌道、三個水 平的直線軌道、三個起始角240度，終止角270度的圓弧軌道，所有軌道 的摩擦係數都為0，把這九個軌道分別連接起來，系統調用redmw函數， 輸出參數，在圖象輸出區畫出軌道連接後的圖象。
請參閱圖13所示，添加三個質量、半徑相同的運動對象，放在高度相 同的軌道上，在第一組軌道上添加一個阻力較大的阻尼介質；在第二組軌 道上添加一個阻力較小的阻尼介質；在每組軌道上添加上文本注釋以便做 出區分，系統調用redraw函數，輸出參數，在圖象輸出區畫出所有器件的 圖象；這樣，第一組軌道阻力較大，第二組軌道阻力較小，第三組軌道沒 有受到阻力的作用。
請參閱圖14所示，運行實驗，觀察三個運動對象的運動狀態，系統調 用redraw函數，輸出參數，在圖象輸出區畫出實驗效果圖；可以看到，因 為第一組軌道有較大的阻力，所以第一個運動對象很快就停止下來；第二 組軌道阻力較小，第二個運動對象運行的距離比第一個運動對象稍遠；第 三組軌道上沒有任何阻力，所以第三個運動對象可以一直運動下去，不會 停止；運用力學實驗平臺可以很容易的驗證牛頓第一定律。
圖15 ~圖17示出了利用物理力學平臺驗證牛頓第二定律實驗場景的實施例。
牛頓第二定律"物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的 質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。"講述了力與加速度的關 系。簡單的說，就是F二ma。在力學實驗平臺中，我們通過在運動對象上施 加一個人為外力的方法來研究外力與運動對象加速度的關係。做這個實驗 的目的，是構件出這個物理模型，弓l導您自己去探索其中的關係。
請參閱圖15所示，驗證牛頓第二定律實驗場景的步驟101進一步包括 以下步驟
(1) 創建質量分別為lkg、 2kg、 3kg的運動對象A、 B、 C，對應的分別 施以2牛頓、2牛頓、3牛頓的水平外力(步驟3021);
(2) 對每個運動對象加以動態注釋來分別顯示的加速度大小(步驟3022)。 驗證牛頓第二定律實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l)分析運動對象加速度與質量，外力的影響，驗證牛頓第二定律(步驟
3023)。
請參閱圖16 ~圖17所示，通過物理力學平臺驗證牛頓第二定律實驗場 景的操作界面的實驗過程演示如下
(1) 新建一個實驗項目，設置坐標比例為10請參閱圖15所示；
(2) 選擇工具欄中的"實驗設置"按鈕，不要考慮重力作用；
(3) 創建三個運動對象，設置它們的質量分別是l千克、2千克、和3千 克；受到的外力Fx分別是2牛頓、2牛頓、3牛頓；給它們設置不同半徑， 以區分這三個運動對象；
(4) 用"動態注釋"分別把三個小球的加速度表示出來；
(5) 再創建三個輔助點，分別用它們的矢量關聯"外力Fx分量"所對 應的變量；
(6) 選擇適當的輔助點矢量顯示比例；
(7) 系統運用算法在圖象輸出區畫出實驗效果(8) 可以通過拖動輔助點上的矢量來改變運動對象上受到的外力；
(9) 運行實驗，運動對象就以a=f/m的加速度做勻加速直線運動了 ； (IO)系 統調用redmw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出實驗效果 圖，請參閱圖17所示。
圖18 ~圖19示出了利用物理力學平臺^i正胡克定律實g針湯景的實施例。 請參閱圖18所示，利用物理力學平臺驗證胡克定律實驗場景控制方法 的流程如下
驗證胡克定律實驗場景的步驟]—01進一歩包括以下歩驟.
(1) 創建質量分別為lkg的運動對象，且運行時不考慮重力影響，同時 創建一彈簧，倔強係數為l0牛/米，原長為0.8米， 一端接運動對象，另 一端置於坐^^原點上(步驟401);
(2) 對彈簧做彈簧的伸長長度和彈力的動態注釋(步驟402)。 驗證胡克定律實驗場景的步驟102進一步包括以下步驟
(1) 拖動運動對象(步驟403)。
驗證胡克定律實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l份析彈力與倔強係數，彈簧伸長長度的影響，驗證胡克定律(步驟404)。 請參閱圖19所示，利用物理力學平臺驗證胡克定律實驗場景的操作界 面實驗。這是一個以彈簧為例，講述胡克定律的一個例子。 (l諒i 建一個實驗項目，設置坐^^的比例尺為0.5;
(2) 選擇工具欄中的"實驗設置"按鈕，不要考慮重力作用；
(3) 在實驗區中放置一個運動對象，設置它的參數為質量1千克，半 徑0.05米，位移乂=0.6, y=0;
(4) 在"動態顯示"中，選中"彈力"；
(5) 從器件箱中選擇"彈簧"， 一端連接這個運動對象，另一端放在坐標 的原點上；
(6) 設置彈簧的倔強係數為100牛/米，原長為0.8米，作用類型選擇"雙 方向作用"；
(7) 用觸摸筆拖動運動對象，對象上就顯示出了對應的彈簧的彈力；
(8) 系統調用redraw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出 實驗效果圖。
圖20 ~圖22示出了利用物理力學平臺驗證人造地球衛星實驗場景的實施例。
牛頓在思考萬有引力定律時就曾設想過，從高山上用不同的水平速度 拋出物體，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次離山腳遠。如果沒
有空氣阻力，當速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞 地球旋轉，成為一顆繞地球運動的人造地球衛星，簡稱人造衛星。
請參閱圖20所示，利用物理力學平臺模擬萬有引力實驗場景的步驟10]. 進一步包括以下步驟
(1) 創建質量為6e24kg,半徑為5.e6米的運動對象來模擬地球，且置於 原點，運動時不考慮重力，只考慮運動對象間萬有引力(步驟501);
(2) 創建水平初速度為7900米/# ，且坐標置於(0,6450000)(步驟502);
(3) 創建輔助點矢量，輔助點動態顯示人造衛星水平方向的速度，矢量 比例設置為4(X)0(步驟5(B);
(4) 拖動輔助點箭頭，調節人造衛星的水平初速度(步驟504)。 模擬萬有引力實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l)分析運動物體間的引力關係，驗證萬有引力(步驟505)。 請參閱圖21 ~圖22所示，下面通過物理力學平臺驗證人造地球衛星實
驗場景的操作界面的實驗過程演示如下
(1) 給這個實驗設置坐標比例為1.0e7 ( "e7"表示乘以10的7次方)；地 球衛星需要一個大尺度的實驗環境，地球的半徑就有6400000米，所以默 認的比例10是不可能做出這個地球衛星的實驗的；
(2) 有兩種方法，可以用來模擬地球
① 一個有著地球質量的運動對象；
② 使用器件箱中的"萬有引力"，並設置它的質量為地球的質量；
(3) 用一個質量為6e24千克的運動對象來模擬地球，設置它的半徑為 5.0e6，把它放在坐標的原點；使用運動對象模擬地球，就必須在"實驗設 置"對話框中，選擇"考慮運動對象間萬有引力"，取消"考慮重力作用"；
(4) 創建另一個運動對象來模擬人造衛星，把它放在坐標(O, 6450000) 的位置上，設置它有水平初速度7900米/#;這就相當於有一顆人造衛星在 地球一座高山上，水平發射；為了使實驗更生動形象，我們可以貼張圖來 表示人造衛星；(5) 通過輔助點矢量的拖動來調整衛星的水平初速度，再創建一個輔助 點，讓輔助點動態顯示人造衛星水平方向的速度，矢量設置比例為4000;
(6) 運行實驗，系統運用算法在圖象輸出區畫出實驗效果(7) 拖動輔助點矢量以改變人造衛星的水平初速度；
(8) 用程序編輯器來編輯一段控制代碼來控制運動對象在運行過程中的 狀態。
請參閱圖22所示，系統調用redmw函數繪製運動對象，輸出參數，在
圖象輸出區畫出實驗效果圖。
圖23 ~圖25示出了禾l調物理力學平臺斷正機搬g守叵實馬鈔湯景的實施例。 請參閱圖23所示，模擬機械能守恆實驗場景的步驟101進一步包括以
下步驟
(l)創建運動對象，置於20米高度(步驟601);
(2度*^$|^ 1」自動對象的重力勢能、動能以及UIM^(步驟602); (3)創建輔助點來表示運動對象的重力勢能、動能以及機械能(步驟 603)。
模擬機械能守恆實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l)分析總機械能與重力勢能、動能三者之間的影響，驗證機械能守恆(步 驟604)。
請參閱圖24 ~圖25所示，下面通過物理力學平臺驗證機械能守恆實驗 場景的操作界面的實驗過程演示如下
這個實驗主要表現了， 一個做自由落體的運動對象，在下落過程中， 重力勢能的變化和動能的變化，以及整個機械能的變化過程。
(l漸建一個實驗項目，設置坐標的比例為10;
(2液"實驗設置"中要考慮重力的作用，創建一個運動對象，設置它 的質量為1千克，把它放在高度20米的位置上；
(3)在"變量編輯器"中自定義變量"Ep"表示小球的重力勢能，"Ek" 表示小球的動能，"E-all"表示小球的機械能，然後在"程序編輯器"中輸
入以下的程序
Ep二P9.8+運動對象l.y Ek二0.5n4運動對象l.vyf運動對象l.vy E_all=Ep+Ek
(4) 用輔助點矢量，把運動對象的重力勢能、動能和機械能都表達出來， 在輔助點l中動態顯示"小球的重力勢能二(Ep)焦耳"，矢量設置中X變量 關聯"Ep";在輔助點2中動態顯示"小球的動能^Ek)焦耳"，矢量設置中 X變量關聯"Ek";在輔助點3中動態顯示"小球的機械能^E-all)焦耳"， 矢量設置中X變量關聯"E-all";
(5) 系統調用redraw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出 實驗效果圖，請參閱圖25所示。
(6) 運行實驗，觀察重力勢能、動能和機械能在運動對象下落過程中的 變化。
(7) 在x=0的位置上創建一個水平的直線flM。
(8孫統調用redraw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出 實驗效果圖，請參閱圖25所示。
圖26 ~圖27示出了利用物理力學平臺驗證完全彈性碰撞實驗場景的實 施例。
請參閱圖26所示，通過利用物理力學平臺驗證完全彈性碰撞實驗場景 控制方法的流程如下
模擬完全彈性碰撞實驗場景的歩驟101進一步包括以下步驟
(1) 創建兩個質量相同的運動對象，用兩根繩子分別掛起置於同一個高 度(步驟701);
(2) 將其中一個小球拉到一定高度涉驟702)。 模擬完全彈性碰撞實驗場景的歩驟106進一步包括以下步驟
a)M^l^WHSg動對象的運動過程，分析^:彈性碰撞的現象(步驟74)。
請參閱圖27所示，通過物理力學平臺驗證完全彈性碰撞實驗場景的操 作界面的實驗過程演示如下
(1) 選擇恰當的坐標比例和實驗最小掃描時間，設置坐標比例為0.5米， 實驗最小掃描時間為0.002秒，設置坐標比例為1米；
(2) 在"實驗設置"對話框中要選中"考慮重力作用"和"考慮運動對 象間的碰撞"，還要注意，兩根繩子的懸掛點應該具有相同的y值；繩子的 長度也要相同，建議設置成1米；懸掛點橫坐標之間的距離應為兩個小球 的半徑和；
(3) —個小球放在最底邊，把另一個小球提起來；由於觸摸筆的拖動， 懸掛被提起小球的繩子的長度可能發生了變化，不再是1米了；
(4) 選中這根繩子，然後設置它的屬性，在屬性中設置它的長度為l米； 確定後運行實驗；
(5係統調用redraw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出 實驗效果圖。
請參閱圖27所示，系統運用算法在圖象輸出區畫出實驗效果圖。 圖28 ~圖29示出了利用物理力學平臺驗證帶電小球在點電荷電場中的
受力實驗場景的實施例。
請參閱圖28所示，通過物理力學平臺模擬帶點小球在點電荷場中的實
驗場景的步驟101進一步包括以下步驟
(1) 創建一個正的點電荷(步驟801);
(2) 在點電荷周圍創建一圈帶電的運動對象，且在試驗中設置不考慮運 動對象之間的電荷吸引力；並且在運動對象的動態顯示裡面選中顯示合外 力(步驟802)。
模擬帶點小5紘^電微湯中的實馬針湯景的步驟1021步爐以下步驟 (l)拖動帶電運動對象(步驟803)。
模擬帶點小球在S電^^中的實5針1景的步驟106 [步M!以下步驟 (l)通過觀察各運動對象的合外力來觀察帶電小球在點電荷場中的影響 (步驟804)。
請參閱圖29所示，通過物理力學平臺驗證帶電小球在點電荷電場中的 受力實驗場景的操作界面的實驗過程演示如下
我們在實驗區中放置一個正的點電荷，然後在它的周圍放上一圈帶有 正電的小球，再讓小球動態的顯示出受到的合外力。
(1) 設置帶電小球的帶電量，點電荷器件電量為0.06;小球上帶的電量 都是0.0005庫侖；
(2) 在"實驗設置"對話框中不要選中"考慮運動對象間電荷吸引"，否 則，帶電小球的受力就不能在圖中示出；
(3) 因為運動對象沒有受到其它力的作用，所以庫侖力就是它們受到的 合外力；
(4) 在這個實驗中，我們在"實驗設置"中把力矢量設置成10000; (5股置好一個小球的屬性後，使用編輯菜單中的複製、粘貼工具創建
多個小球，這樣速度很快，小球越多視覺效果越好；
(6) 編輯狀態下，用滑鼠點中運動對象或點電荷後可以拖動它到不同的 位置，運動對象受到的庫侖力也就會隨之而變化，非常好玩；
(7) 系統調用redraw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出 實驗效果圖。
圖30 ~圖32示出了利用物理力學平臺驗證迴旋粒子加速器實驗場景的 實施例。
請參閱圖30所示，通過物理力學平臺模擬迴旋粒子加速器實驗場景的 步驟101進一步包括以下步驟
(l)在不考慮重力的情況下，創建一個大小為3特斯拉，方向是垂直向 外的矩形勻強磁場，再創建兩個大小都為10牛^$，方向分別為90度和270 度的勻強電場置於磁場中，創建電量為1庫侖，初速度為0的運動對象置 於其中，運動對象的動態設置中顯示合力矢量(步驟901)。
模擬迴旋粒子加速器實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟
(1)1^i^僉的運動車M以腿動5(豫上的箭頭的大小和方向(步驟902)。
請參閱圖31 ~圖32所示，通過物理力學平臺驗證迴旋粒子加速器實驗 場景的操作界面的實驗過程演示如下
(l)新建一個實驗項目，在實驗設置中，取消考慮重力作用。添加兩個 磁感應強度3特斯拉、方向垂直向外的矩形勻強磁場。
(2席分別添加一個電場強度10牛脾，方向90度的勻強電場和電場強 度]0牛/庫，方向270度的勻強電場。
(3) 添加一個運動對象，設置它的電量為l庫侖，初速度為0，動態顯示 合力矢量；
(4) 系統運用算法在圖象輸出區畫出所有器件的圖象，請參閱圖32所示；
(5) 運行實驗；
(6係統調用redmw函數繪製運動對象，輸出參數，在圖象輸出區畫出 實驗效果圖，運動對象上的箭頭表示粒子在運動中受到的合外力大小及方 向，請參閱圖32所示。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求範圍所做的 均等變化與修飾，皆應屬本發明權利要求的涵蓋範圍。
權利要求
1、一種內置模擬物理力學實驗場景的電子裝置，其特徵在於，它包括:一中央處理單元(MCU)，用於處理程序指令並執行相應運算；一顯示驅動電路，經總線連接於中央處理單元，支持單色LCD和真彩高解析度LCD，用於顯示圖形、圖像、文字信息；一存儲單元，經總線連接於中央處理單元，用於存儲用戶信息、與物理力學實驗相關的信息，諸如，實驗課題、課件、器件圖庫及函數庫；一觸控螢幕及控制電路，經總線連接於中央處理單元，用於接收用戶輸入及操作指令；一鍵盤控制電路，經總線連接於中央處理單元，用於接收用戶輸入及操作指令；一VGA視頻輸出接口，經總線連接於中央處理單元，並可外接投影機，用於將實驗內容及過程通過投影機投影到大屏幕，便於演示和交流；一USB通訊接口及供電電路，經總線連接於中央處理單元，並經總線外接電腦，用於與電腦聯接進行用戶數據傳輸、系統升級；一無線數據通訊接口，經總線連接於中央處理單元，並經總線外接於其它用戶，以實現點對點數據通訊和點對多數據群發通訊。
2、 一種實現權利要求1所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方 法，其特徵在於，包括以下歩驟(1) 創建並設置器件屬性(步驟]01);(2) 判斷是否運行(步驟102);(3) 若步驟102的判斷結果為否，則重新判斷是否運行(步驟102);(4) 若步驟102的判斷結果為是，則調用Kemal函數根據運動對象的當前狀 態計算它的下一個狀態(步驟10";(5) 計算各物理參數的影響(步驟104);(6) 對運動對象位置的修正(步驟105)後返回歩驟103; (7) 得到運動對象新的狀態，包括位置、速度、加速度、受力(步驟106);(8) 判斷是否達到每脈掃描次數(步驟107);(9) 若步驟107的判斷結果為否，則結束(步驟109);ao)若步驟107的判斷結果為是，則經"調用redmw函數繪製運動對象，輸 出參數"(步驟IOS)轉入結束(步驟109)。
3、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，所述步驟104中的各物理參數包括以下內容計算重力的影響；計算電場的影響；計算磁場的影響；計算萬有引力的影響；計算彈簧的影響；計算支撐體的影響；計算點電荷的影響；計算直線軌道的影響；計算圓弧flit的影響；計算細繩的影響；計算剛杆的影響；計算釘子的影響；計算滑輪的影響；計算阻尼介質的影響。
4、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬飛機在真實環境下投彈實驗場景的步驟101進一步包括以下 步驟(l)創建若干個相同的實驗中表示炸彈的小球重疊置於一定高度處，且分別 對若干個小球給定初速度，且設置運行時顯示軌跡，將第六個小球添加實驗中 飛機貼圖(步驟1011);(2) 創建輔助點，其方向是水平的，大小對應的是貼圖對象運行的速度，創 建阻尼介質來模擬真實環境的空氣阻力(步驟1012);(3) 用程序編輯器來編輯一段控制代碼來控制運動對象在運行過程中的狀態 (步驟1013)。
5、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬飛機在真實環境下投彈實驗場景的步驟106進一步包括以下 步驟(1) 觀察炸彈在空中的位置關係，觀察炸彈落地點的關係(步驟1061);(2) 結束(步驟109 )。
6、 根據權利要求4所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬飛機在真實環境下投彈的實驗編輯器的步驟1013進一步包括 以下步驟(1) 實驗開始，轉下一步驟時分為三路(步驟201);(2) 運動對象1.f產9.8(步驟202);(3) 判斷t是否大於等於l(步驟203);(4) 若步驟203的判斷結果為否，則返回步驟202;(5) 若步驟203的判斷結果為是，運動對象1.fy^(步驟204);(6) 判斷運動對象l.y是否小於零(步驟205);(7) 若步驟205的判斷結果為否，則返回步驟204;(8) 若步驟205的判斷結果為是，運動對象l.y^;運動對象l.fy^，運動對 象1.vx=0;運動對象1.vy:O(步驟206);(9) 結束(步驟228);W承接步驟201進入運動對象2.fy^9.8(步驟207); (U)判斷t是否大於等於2(步驟208);Cl^若步驟208的判斷結果為否，則返回步驟207;(L3)若步驟208的判斷結果為是，運動對象2.fy^)(步驟209);(14)判斷運動對象2.y是否小於O(步驟210);(L5)若步驟210的判斷結果為否，則返回步驟209;的若步驟210的判斷結果為是，運動對象2.y^;運動對象2.fy^;運動對 象2.vx=0;運動對象2.vy二0(步驟211); 抑結束(步驟228);胸承接步驟201進入運動對象3.fy二9.8(步驟212);的判斷t是否大於等於3(步驟213);幼若步驟213的判斷結果為否，則返回步驟212;(21) 若步驟213的判斷結果為是，運動對象3.fy^0(步驟214);(22) 判斷運動對象3.y是否小於O(步驟215);(23) 若步驟215的判斷結果為否，則返回步驟214;(24) 若步驟215的判斷結果為是，運動對象3.y^;運動對象3.fy=0;運動 對象3.vx二0;運動對象3.vy^(步驟216);(25) 結束(步驟228);(加)承接步驟201進入運動對象4力=9.8(步驟;(27) 判斷t是否大於等於4(步驟21S);(28) 若步驟218判斷結果為否，則返回步驟217;(29) 若步驟218的判斷結果為是，運動對象4辦=0(步驟219);(30) 判斷運動對象4.y是否小於O(步驟220);(31) 若步驟220的判斷結果為否，則返回步驟219;(32) 若步驟220的判斷結果為是，運動對象4.y二0;運動對象4.fy=0;運動 對象4.vx=0;運動對象4.vy二0(步驟221); (33) 結束(步驟228);(34) 承接步驟201進入運動對象5.fyW.8(步驟222);(35) 判斷t是否大於等於5(步驟223);(36) 若步驟223的判斷結果為否，則返回步驟222;(37) 若步驟223的判斷結果為是，運動對象5.fy^(步驟224);(38) 判斷運動對象5.y是否小於O(步驟225);(39) 若步驟225的判斷結果為否，則返回步驟224;(40) 若步驟225的判斷結果為是，運動對象5.y=0;運動對象5.fy=0;運動 對象5.vx=0;運動對象5.vy^(步驟226);(41) 運動對象l.vy^(步驟227);(42) 結束(步驟228)。
7、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，驗證牛頓第一定律實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟(1) 創建三個各參數相同的運動對象涉驟3011);(2) 創建三條參數相同軌道A、 B、 C，給軌道A添加大阻尼介質，軌道B添 加較小阻尼介質，軌道C不添加阻尼介質(步驟3012)。
8、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，驗證牛頓第一定律實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟(l)分析運動對象的軌跡，驗證牛頓第一定律(步驟3013)。
9、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，驗證牛頓第二定律實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟(1) 創建質量分別為lkg、 2kg、 3kg的運動對象A、 B、 C，對應的分別施以 2牛頓，2牛頓，3牛頓的水平外力(步驟3021);(2) 對每個運動對象加以動態注釋來分別顯示的加速度大小(步驟3022)。
10 、根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，驗證牛頓第二定律實驗場景的步驟106進一步包括以下歩驟(l)分析運動對象加速度與質量，外力的影響，驗證牛頓第二定律(步驟3023)。
11、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，驗證胡克定律實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟(1) 創建質量分別為lkg的運動對象，且運行時不考慮重力影響，同時創建 一彈簧，倔強係數為100牛/米，原長為0.8米， 一端接運動對象，另一端置於 坐標原點上(步驟401);(2) 對彈簧做彈簧的伸長長度和彈力的動態注釋(步驟402)。
12、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，驗證胡克定律實驗場景的步驟102進一步包括以下步驟(l)拖動運動對象(步驟403)。
13、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，驗證胡克定律實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟(l)分析彈力與倔強係數，彈簧伸長長度的影響，驗證胡克定律(步驟44)。
14、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬萬有引力實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟(1) 創建質量為6e24kg，半徑為5.0e6米的運動對象來模擬地球，且置於原點， 運動時不考慮重力，只考慮運動對象間萬有引力(步驟501);(2) 創建水平初速度為7900米/#，且坐標置於(0，6450000)(步驟502);(3) 創建輔助點矢量，輔助點動態顯示人造衛星水平方向的速度，矢量比例 設置為40(X)(步驟503);(4) 拖動輔助點箭頭，調節人造衛星的水平初速度(步驟504)。
15 、根據權利要求2所述內置糹莫擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬萬有弓I力實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟 (l)分析運動物體間的引力關係，驗證萬有引力(步驟505)。
16、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬機械能守恆實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟(1) 創建運動對象，置於20米高度(步驟601);(2) 變量編輯器來創建運動對象的重力勢能、動能以及機械能(步驟602);(3) 創建輔助點來表示運動對象的重力勢能、動能以及機械能(步驟603)。
17、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬機械能守恆實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟(l)分析總機械能與重力勢能、動能三者之間的影響，驗證機械能守恆(步驟 604)。
18、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實5僉場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬完全彈性碰撞實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟(1) 創建兩個質量相同的運動對象，用兩根繩子分別掛起置於同一個高度(步 驟701);(2) 將其中一個小球拉到一定高度(步驟702)。
19、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬完全彈性碰撞實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟(1)通過觀察兩個運動對象的運動過程，分析完全彈性碰撞的現象(步驟704)。
20、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬帶點小球在點電荷場中的實驗場景的步驟101進一步包括以 下步驟(1) 創建一個正的點電荷涉驟801);(2) 在點電荷周圍創建一圈帶電的運動對象，且在試驗中設置不考慮運動對 象之間的電荷吸引力；並且在運動對象的動態顯示裡面選中顯示合外力(步驟 802)。
21 、根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬帶點小球在點電荷場中的實驗場景的步驟102進一步包括以 下步驟(l)拖動帶電運動對象(步驟803)。
22、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬帶點小球在點電荷場中的實驗場景的步驟106進一步包括以 下步驟(l)通過觀察各運動對象的合外力來觀察帶電小球在點電荷場中的影響(步驟 804)。
23、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬迴旋例子加速器實驗場景的步驟101進一步包括以下步驟(l)在不考慮重力的情況下，創建一個大小為3特斯拉，方向是垂直向外的 矩形勻強磁場，再創建兩個大小都為10牛/庫，方向分別為90度和270度的勻 強電場置於磁場中，創建電量為1庫侖，初速度為0的運動對象置於其中，運 動對象的動態設置中顯示合力矢量(步驟901)。
24、 根據權利要求2所述內置模擬物理力學實驗場景電子裝置的控制方法， 其特徵在於，模擬迴旋例子加速器實驗場景的步驟106進一步包括以下步驟(1)觀察試驗的運動軌跡以及運動對象上的箭頭的大小和方向(步驟902)。
全文摘要
本發明涉及一種內置模擬物理力學實驗場景的電子裝置及控制方法。電子裝置包括分別經總線連接於中央處理單元的顯示驅動電路、存儲器、觸控螢幕及控制電路、鍵盤控制電路、VGA視頻輸出接口、USB通訊接口及供電電路、無線網絡通訊接口。控制方法包括創建並設置器件屬性；判斷是否運行；若為否，重新判斷是否運行；若為是，則調用Kernal函數根據運動對象的當前狀態計算它的下一個狀態；計算各物理參數的影響；對運動對象位置的修正後返回；得到運動對象新的狀態，包括位置，速度，加速度，受力；判斷是否達到每脈掃描次數；若為否，結束；若為是，則經「調用redraw函數繪製運動對象，輸出參數」轉入結束。
文檔編號G09B23/00GK101377890SQ20081021663
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月28日 優先權日2008年9月28日
發明者於彩霞, 幹文山, 石姍姍 申請人:東莞市步步高教育電子產品有限公司