《几何画板》的动态图示在力学教学中的应用实例

王明美

(合肥师范学院 电子信息工程学院，安徽 合肥 230601)



《几何画板》的动态图示在力学教学中的应用实例

王明美

(合肥师范学院 电子信息工程学院，安徽 合肥 230601)

[摘要]本文结合了作者的教学实践，举例阐述了“几何画板”动态图示在力学教学中的一组应用实例，绘制了抛体运动、圆锥摆运动和与宇宙速度相关的轨迹等动态图示。

[关键词]几何画板；质点；抛体运动；圆锥摆；力学教学

计算机模拟演示实验是物理课堂教学的一种重要的教学手段，它不但可以丰富教学内容，还可以吸引学生的注意力，能够引人入胜，从而优化课堂教学效果。几何画板(The Geometer's Sketchpad)制作的动态演示，制作简单易于操作。[1]

1抛体运动动态图示

以下是几何画板5.05制作抛体运动的具体步骤。

图1　抛体运动的矢量的动态图示

2圆锥摆受力分析的动态演示

一重物m用绳悬起，绳的另一端固定在天花板上，绳长为l，重物经推动后，在一水平面内作匀速率圆周运动，转动角速度为ω，这种装置叫做圆锥摆。

以下是几何画板5.05的具体步骤。

新建一个画板文件，保存文件名为圆锥摆.gsp。使用菜单命令“绘图/定义坐标系”，建立直角坐标系Oxy。使用“自定义工具/圆锥曲线/椭圆工具”，制作椭圆，用点工具作出椭圆中心点O。用点工具在y轴上作出点O′，用线段工具作线段O′P。过P点作y轴的平行线，用“自定义工具/箭头工具”作重力G；过P点沿OP线段作出拉力T。过拉力T的末端端点作y轴的平行线，过重力G的末端端点作线段OP的平行线，得交点Q，用“自定义工具/箭头工具”连接PQ作出向心力F。选中P点，使用“编辑/操作类按钮/动画”，设置P点为向前环绕轨迹以中速运动的动画点。用线段工具作出天花板固定物，将P点的标记改为m，添加角度标记θ，添加无线箭头表示转动方向。隐藏不必要的对象。单击“动画点”即可演示圆锥摆运动，其效果图见图2。

图2　圆锥摆受力分析的动态图示

3宇宙速度与发射体的轨迹

以下是几何画板5.05的具体步骤。

新建一个画板文件，保存文件名为宇宙速度.gsp。用圆工具画出两个同心圆，分别表示地球和距地面高度为h的辅助圆，用点工具画出发射点，以发射点为起点沿辅助圆的切线方向画出发射速度v。使用“自定义工具/圆锥曲线/椭圆”，画出椭圆，用点工具在椭圆画出点，设置此点为向后环绕轨迹以中速的动画点，将点的标签改为“第一宇宙速度动画点”并设为追踪点，同理可以分别画出抛物线和双曲线的一支。隐藏不必要的对象。单击“动画点”即可演示三种宇宙速度下抛射体的发射，其效果图见图3。

图3　宇宙速度和发射体的轨迹与能量的关系

几何画板能够准确地绘制几何图形，并能保持动态的几何关系，用于物理演示实验可以呈现动态过程，制作及调试操作简单无需编程。[4]

[参考文献]

[1]方其桂 多媒体CAI课件制作实例教程(第4版)[M]北京:清华大学出版社,2011年5月第4版: 314-319.

[2]程守洙,江之永 普通物理学 下册(第六版)[M]北京:高等教育出版社,2006年12月:20-21，3890-91.

[3]马文蔚 物理学 上册(第三版)[M]北京:高等教育出版社,1977年12月第1版:104-107.

[4]王明美 “几何画板”绘制机械振动的关系图示[J] 大学物理实验 2013,26(4):69-71.

The Application of Geometer's Sketchpad in Teaching of Dynamics

WANG Mingmei

(SchoolofElectronicandInformationEngtneeringHefeiNormalUniversity,Hefei230061,China)

Abstract：By using typical examples from our practice, the paper illustrates the application of Geometer's Sketchpad in teaching of Dynamics, drawing projectile motion, conical pendulumconical pendulumconical pendulumconical pendulumconical pendulum and the track speed of the universe.

Key words：Geometer's Sketchpad; particle; projectile motion; conical pendulum; teaching of Dynamics

[中图分类号]G61

[文献标识码]B

[文章编号]1674-2273(2015)06-0077-02

[作者简介]王明美(1956-),女，江苏南京人，合肥师范学院电子信息工程学院副教授，主要从事普通物理、近代物理和计算物理的教学和研究。

[收稿日期]2015-05-09