初中物理虚拟实验平台的设计与开发

发布时间：2020-07-15 08:13

【摘要】：实验是物理教学中非常重要的部分,物理中很多的规律与定理都是科学家通过进行实验而得来的结论,学生只有通过足够的实验学习,才能够更深刻、更直观的理解物理规律、定理等。然而现实的实验条件与实验学时并不能保证学生达到物理实验的学习效果,老师也无法清楚掌握学生实验学习的情况。为了帮助学生深入学习物理实验,达到学习效果,本文设计并实现了初中物理虚拟实验平台,集仿真实验、实验学习视频、实验预习、实验报告、实验考核、趣味探究实验、在线答疑、实验与资源管理、用户信息管理于一体,是一个开放并集成的初中物理虚拟实验共享平台,旨在成为帮助学生学习物理实验、老师管理学生学习实验的有力工具。本文首先对实验平台从不同角度进行了需求分析与建模,进行平台总体架构设计以及各模块设计,并对经典的知识表达法进行分析,结合所要研究问题的特点,选择用框架知识表示法描述物理实验仪器特点,用剧本表示法描述物理实验的过程,用Petri网知识表示方法描述力学实验操作步骤。对中学物理实验的相关知识进行阐述,对物理过程进行建模,表明物理实验现象背后的物理趋势,详细介绍了各个功能模块的实现,并以平抛碰撞实验、摩擦力实验和牛顿摆实验为例,展示了中学物理虚拟实验平台的使用情况,最后对系统进行测试,通过用户界面测试、用例测试、实验功能测试、用户满意度测试、强度测试等系统测试,平台整体运行良好。平台主要集合了物理虚拟实验系统和基于SSH的管理系统两大部分,包括初中物理虚拟实验教学、用户信息管理、实验与资源管理和成绩管理等,采用B/S开发结构,使用了 MySQL数据库系统。实验仿真部分使用物理引擎模拟现实的重力、摩擦力、弹跳、碰撞等物理效果,还原真实的物理环境。初中物理虚拟实验平台不仅从学生角度解决了实验困难的问题,也从教师的角度解决了实验的管理问题。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52;G633.7
【图文】：

包围盒,碰撞检测

检测与碰撞响应逡逑引擎将碰撞检测委托给碰撞检测系统，物理引擎与碰撞检测系统一起工撞，碰撞检测系统使用精确度很高的碰撞检测算法如ＧＪＫＭｍｓｏｎ－Ｋｅｅｒｔｈｉ）来检测两个物体是否发生了碰撞（姜光炎，２０１２），并者不是，这种操作是非常耗时的，代价非常高，因此物理引擎会先使用ｕｎｄｉｎｇ邋Ｖｏｌｕｍｅ邋Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）分析每个对象的空间并将其分配给二叉树中创建树状结构，ＢＶＨ算法递归地分析每个节点，直到每个节点包含最两个对象，从而确定哪些对象最有可能发生碰撞，试图将ＧＪＫ的使用测最有可能相互碰撞的对象，将碰撞检测过程分为在粗碰撞检测阶段和段（朱京晶，２０１７）。逡逑粗碰撞检测逡逑被交到碰撞系统时被有界体积包围。最传统的包围盒是Ｓｐｈｅｒｅｓ邋（球形Ｂ邋（ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ邋ｂｏｕｎｄｉｎｇ邋ｂｏｘ，轴向包围盒）和邋ＯＢＢ邋（Ｏｒｉｅｎｔｅｄ邋ｂｏｕｎｄｉｎｇ邋ｂ包围盒）。逡逑包围盒逡逑

碰撞实验,鼠标控制,世界,鼠标

］）；逡逑／／添加鼠标控制逡逑ｖａｒ邋ｍｏｕｓｅ邋＝邋Ｍｏｕｓｅ．ｃｒｅａｔｅ（ｒｅｎｄｅｒ．ｃａｎｖａｓ），逡逑ｍｏｕｓｅＣｏｎｓｔｒａｉｎｔ邋＝邋ＭｏｕｓｅＣｏｎｓｔｒａｉｎｔ．ｃｒｅａｔｅ（ｅｎｇｉｎｅ，邋｛逡逑ｍｏｕｓｅ：邋ｍｏｕｓｅ，逡逑ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ：邋｛逡逑ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ：邋０．２，逡逑ｒｅｎｄｅｒ：邋｛逡逑ｖｉｓｉｂｌｅ：邋ｆａｌｓｅ逡逑｝逡逑？；邋／／生成鼠标控制实例逡逑／／将鼠标约束添加到世界中逡逑Ｗｏｒｌｄ．邋ａｄｄ（邋ｗｏｒｌｄ，邋ｍｏｕｓｅＣｏｎｓｔｒａｉｎｔ）逡逑实现截图如下：逡逑

物理模型图,摩擦力

初中物理虚拟实验平台的设计与开发逡逑建模与仿真实现逡逑分析逡逑用的宏观表现，不是一种基本力。它的外在在不同物理条件下进行研究，可以得到各面，阻碍相互接触的固体表面的相对运动，：逡逑静摩擦因数。逡逑面积无关。逡逑动速度无关。逡逑，一般有斜面模型，叠加体模型，含有弹簧立物理模型。如图所示：逡逑

【参考文献】