基于Algodoo仿真软件对弹簧振子的模拟

云南师范大学物理与电子信息学院(650500)

段娟娟 王祥委 彭朝阳

1 Algodoo简介

Algodoo是瑞典Algoryx Simulation AB公司推出的一款独特的2D仿真软件，其前身是瑞典一所大学计算机专业硕士Emil Ernerfeld为导师Kenneth BodinPhun写的一个名为Phun的程序，其开发的目的是为了让物理教学和研究更直观有效，其英文名是“2D Physics Sandbox”，即“二维物理沙盒”。网络上Algodoo累计下载量已超过百万，其官方网站提供了2万多件网友作品，并进行了分类和评级，是我们学习和使用Algodoo的绝好资源，也为大家展示作品、交流经验提供了平台。Algodoo软件目前能够在WinXP/Win7/Win8和Mac系统环境下运行。Algodoo的基本功能包括：使用简单的绘图工具创建和编辑场景；通过选择、拖拽、倾斜、震动等方式参与互动；显示物体运行轨迹，提供刚体、流体、链条、齿轮、弹簧、铰链、锁、电机、激光射线、火箭助推工具及跟踪绘图工具等元素，这些元素可以在引力、重力、摩擦力、弹力、浮力、空气阻力的作用下相互影响，实现高精度的物理仿真实验。在物理教学中利用Algodoo软件将虚拟仿真实验与真实实验有效整合，做到扬长避短，能让物理教学更加充实有效。

2 基于Algodoo软件对弹簧振子的模拟

新建一个场景，用圆形工具画一个圆，选择弹簧工具，从圆心处开始，竖直向上拖动，直到弹簧的长度足够长。拖动时，软件可以显示弹簧的长度。为了防止小球摆动而不容易控制，可以让小球先接触“地面”，再添加水平方向的弹簧。如图1(a)所示。为了保证水平方向上不受摩擦力的影响，需将地面和小球的摩擦系数设为0，如图1(b)所示。该软件默认设置中弹簧并不是理想状态下的轻质弹簧，所以还需选中弹簧右键设置阻尼为0，还可以调节弹簧的参数，颈度系数K和弹簧原长,如图1(c)所示。关闭空气阻力，点击播放键，如图1(d)所示，即可开始模拟实验。选中小球，右键显示图表，可以设置显示位移时间图像如图2所示。弹簧振子做简谐振动时的v-t图像、a-t图像、F-t图像、E-t图像，如图3所示。

图2 弹簧振子做简谐运动x-t图像

图3 弹簧振子的v-t图像、x-t图像、a-t图像、F-t图像、E-t图像

从图3中，学生能直观的看到弹簧振子运动的过程中，各个变量与时间的关系图。整齐排列后，各个图像的相位差也显而易见。在比较动能和势能的图像时，会发现他们的相位相反，并且总量的曲线为水平直线，就可得出动能与势能之和恒定，即机械能守恒的结论。

3 结束语

Algodoo软件能把生活中的物理现象模型化呈现出来，从而提高物理课堂教学效率。利用Algodoo软件将虚拟实验与真实实验的有效整合，做到扬长避短，可以使物理教学质量得到提高，培养学生的学习兴趣，提高学生的物理核心素养。