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仿真物理實驗室范文1
物理學是一門以實驗為基礎的自然學科。在新課標理念的指導下，物理學的教學目標不僅是學生的知識與技能的目標、還有過程與方法的掌握以及各種情感態度和價值觀的培養。讓學生在仿真的物理實驗室的情景下理解所學科學知識，掌握物理學常用的科學方法和技能，并且培養學生的熱愛生活、熱愛科學、善于發現生活中的物理知識的態度。是當前物理教學的主要研究方向和目標。
一、仿真物理實驗室
仿真物理實驗室是一款最新的教學軟件，能通過設置理想的物理實驗的情景，為物理實驗提供準確的數據和演示的過程，可以節省教學所花費的時間，提高學生學習的積極性和教學的效果效率。
主要的功能：
（1）打開和運行已經存在的實驗。
（2）新建新的實驗：通過軟件的界面，打開文件菜單下的新建，設置模擬實驗，在設置按鈕下，下拉菜單下進行基本的參數設置，再創建所想要的實驗環境，最后對運動對象進行創建，是的整個的實驗以動畫的方式呈現。
二、在高中物理教學中的應用策略
整個的策略可以概括為回顧——講解新課——演示實驗——練習——反饋評價——鞏固。這樣，不僅提高了課堂的學習效率，使得原本要花兩堂課的時間教的內容在一堂課就完成，還提高了學生學習的趣味性和積極性，加深了對知識的掌握程度。具體的教學過程展開如下：
（1）通過對上堂課的回顧分析，承上啟下，引導學生學習新的知識，實現知識之間的過渡和銜接。
（2）教師再講解本堂課的相關基本的物理規律和定理，讓學生基本的了解本堂課的知識目標、技能目標和情感態度目標，吸引學生的注意力，引導學生對物理知識進行探討。
（3）利用仿真物理實驗室的平臺，使用其中已有的實驗或者是在指引學生自己新建實驗的基礎上，新建一個與本堂課相關的實驗，對各種參數進行設置、調整實驗元件，修改參數。
（4）通過演示實驗，增加學生的感性認識，在具體的通過仿真實驗室的軟件的演示下，對有關的即時數據進行輸出，讓學生從具體認識到抽象的理性認識過渡，避免因為轉變太快而使學生產生厭學和不滿的情緒。
（5）同時，演示過后，要求學生對數據進行計算，利用規律來解決相關的題目和難點。
（6）輸出實驗的數據曲線，與學生的數據進行對比，讓學生對自己的計算結果進行反饋和評價，找出計算錯誤的原因，糾正同學的認知錯誤，幫助建立新的認知，使學生更好的理解所學的知識。
（7）通過再次的練習和作業的布置，讓學生自己動手進行試驗的設置和數據以及圖表的輸出。再次的鞏固所學的知識，為后面的學習打下堅實的基礎。
三、仿真物理實驗室的優勢
因為物理是一門實驗性很強的學科，受到各種客觀條件的限制，很難使實驗在理想的情況下運行，而仿真的物理實驗室卻能解決這些難題，模擬理想情況下的實驗結果和過程，加深同學的感性認識、加深對知識的掌握，提高學習的積極性和效率。由于各種技術原因，仿真的物理實驗也存在一些的不足，希望有關的技術人員可以對該軟件進行完善。比如軟件中的動態顯示高級設置，對運動對象的把握就不到位。運動對象在運動的情況下，沒有以運動對象為坐標原點的自然坐標系作為參考，使得學生容易對學習的方向產生迷航，應該努力的進行修復和完善。
四、結語
仿真物理實驗平臺用于高中的物理教學，可以很好的提高學生學習的積極性，是物理教師的得力助手，整個的教學過程是：教師先講解相關的物理定律，之后演示一個相關的實驗，通過感性直觀提高物理課堂的生動性和有趣性并且加深學生對物理定理的理解。作為學生的一個學習工具，仿真實驗室可以讓學生在課后自主的進行學習，親自動手進行實驗。感性認識可以幫助理性抽象的深入，使得學生進一步的把握物理定律和科學知識。
參考文獻：
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[2] 王凱.電腦，助我們學習更好！——仿真物理實驗室[J]. 電腦愛好者. 2002（18）
[3] 黃東海.淺談探索式實驗教學法[J]. 漳州師范學院學報（自然科學版）. 2012（02）
仿真物理實驗室范文2
關鍵詞：力學仿真實驗；大學物理；問題；作用
高校理工科專業所開設的課程中，不乏實驗教學的內容，但隨著高校學生數量的逐年增加，實驗室的使用比較緊張，難以滿足現如今實際教學需求。傳統實驗室的開設需要經費、場地、實驗儀器和實驗人員的支持，而理工科專業學生的增加以及學生對實驗課程的熱情和興趣，使得傳統實驗室的不足逐漸明顯。通過計算機對大學物理力學實驗進行仿真模擬教學，能夠解決實驗室在場地、實驗儀器以及實驗人員上的不足。計算機仿真教學這一新興的科技手段為現今的教學工作帶來極大便利。
一、傳統的物理力學實驗教學存在的問題
（一）實驗內容不夠豐富和創新
在大學物理力學實驗教學上，教學內容與理論課相得益彰，但同時也受到了相應的限制，使得物理力學的實驗內容比較單一、陳舊。通過動手操作，理工科專業的學生雖然也能夠提高一些操作技能，但在對待實驗課程的態度上，卻較為敷衍，不利于學生對這門課程知識的掌握。
（二）教學方式陳舊
在大學物理力學實驗教學的方式上，以往的經驗是指導教師在現場對學生進行理論講解后，再親手將實驗的流程操作一遍，演示給學生看，學生將教師的操作對照課本重復操作。這種傳統的實驗教學方式，在一定程度上能夠提高學生的動手能力。但長此以往，學生實驗的積極性和自主學習能力得不到提升，特別是學生在預習的過程中，對實驗中涉及的教學儀器不夠熟悉，對實驗理論的理解不夠深刻，這樣在實際的操作中就會產生操作失誤的現象，不利于學生科學素養的培養。
（三）實驗設備缺乏
大學物理力學實驗課程在面對學生開放的同時，不得不考慮隨著學生人數逐年增加致使學生不能很好地使用教學儀器的問題。學校在實驗室和實驗儀器的數量上都有限制，在實驗教學上的投入力度已經跟不上實際的需求，這給實驗教學帶來了一定的困難。
二、力學仿真實驗教學的作用
（一）節約了物理實驗室的投資成本
在大學物理力學實驗室的建設上，學校要負擔的經費較重，特別是在對實驗儀器的更新換代和實驗項目的建設上，投入相當大。而計算機力學仿真實驗的開設，使學校在實驗場地、設備、儀器等方面的資金問題得到解決。學生可以利用學校的機房進行仿真實驗操作，或者在宿舍等地方進行聯網操作。
（二）提高學生在力學實驗課程上的興趣
在大學物理力學實驗教學上，引入計算機仿真技術，對力學實驗教學產生了革命性的影響。對于理工科的學生來說，使他們擺脫了課本的單調乏味所產生的負面情緒。運用現在的科技手段對實驗課程推陳出新，不僅能讓學生對該課程產生興趣，而且在對力學仿真實驗的學習過程中，也能讓學生們對實驗課程有一個系統直觀的認識，使實驗過程更加立體、豐富。仿真實驗能夠增加學生的注意力，培養學生獨立自主的探究精神和學習精神。既能滿足學生對實驗的好奇心，也能夠保護實驗儀器不受損害。
（三）降低實驗過程中的危險性
在實際的實驗操作中，往往伴隨一定的危險性。這種危險因素通常是由學生的操作不當、實驗儀器陳舊等引起的。也正是由于這些危險隱患的存在，使得部分學生不敢動手操作實驗，從心理上對力學實驗課程產生了排斥，扼殺了學生的創造力。通過力學仿真實驗，不僅可以消除學生的畏懼心理，在計算機的操作中，也不會帶來實際實驗中可能產生的危險。
（四）實驗內容得以及時更新
在采用高科技進行教學的過程中，實驗教學的內容不會受課本內容的限制。傳統的實驗教學方案和內容不能滿足學生的需求，而計算機仿真實驗的實驗內容更新及時，拓寬實驗視野，使學生得到更多的接觸新鮮事物的機會。通過模擬實驗的搭建，學生還可以自主創新實驗項目，提出多種設想并在仿真實驗平臺上進行驗證。這將對學生的自主創新能力的提高起著積極的作用。
三、結語
在科學技術不斷發展的今天，教育教學也在與時俱進，跟上時展的腳步。大學物理力學仿真實驗的開設無論是在資金投入上，還是在教學效果上，都比傳統的教學方式更勝一籌。
參考文獻：
[1]蔡青.仿真實驗的應用與大學物理實驗的教學改革[J].成都信息工程學院學報,2006,21(1):113-115.
仿真物理實驗室范文3
仿真實驗利用計算機軟件把實驗設備、教學內容、教師指導和學生的操作有機地融合起來，能夠模擬實驗室環境和物理現象，為學生提供直觀的學習環境，并以聲音、圖像等豐富的表現力幫助學生進行多感官的學習，增強學生的學習興趣，激發學生的學習熱情和創造力．仿真實驗能夠實時顯示測量結果，并能提供多種實驗方法和設計平臺，有利于培養學生的設計思考能力和比較判斷能力，可以達到操作實驗難以實現的效果［1］．隨著教學改革的不斷深入，仿真實驗被應用到很多高校的物理實驗教學當中［2～5］．早于1999年，中國地質大學（北京）實驗物理中心（以下簡稱“中心”）就引進了仿真實驗教學軟件，并且面向全校理工科大二學生開設仿真實驗，將其作為“中心”開放式教學平臺的一個重要組成部分，近年來，“中心”又嘗試將仿真實驗應用于物理實驗課程的考核中．本文將介紹仿真實驗在我們“中心”實驗物理課程教學中的應用以及“中心”在教學過程中取得的實踐經驗．
2仿真實驗在實驗物理教學中的應用
中國地質大學（北京）實驗物理教學中心自2005年成立以來，一直堅持“以學生為本”的改革思路，樹立了“能力與素質協調發展，實踐與創新全面提高”的教學理念，并形成了自主開放的物理實驗教學體系．其中，仿真實驗既是“中心”實驗物理教學的重要組成部分，同時也是“中心”進行開放式教學以及考核方式改革的一個重要途徑［6，7］．
2．1實驗教學
“中心”使用的仿真實驗系統是由中國科學技術大學開發設計的軟件［8］，該軟件可以提供從力學、熱學、電學、光學、近代物理實驗等內容豐富的實驗題目，學生也可以根據實驗要求自己搭建實驗平臺進行探索實驗．我們通過實踐教學發現仿真實驗可以解決很多操作實驗不能解決的問題，是實驗物理教學有益的補充．仿真實驗可以解決學生在實驗教學中的“黑匣子”困惑．在實驗物理教學中，由于有些實驗題目涉及精密儀器，學生只能看到儀器的外觀，對于內部構造的了解只能通過老師的講述或者圖片來實現，很容易給學生造成“黑匣子”困惑．仿真實驗就可以解決這一問題，通過仿真平臺能夠讓學生很直觀地看到儀器的組成部件，讓他們更加了解儀器的內部結構，激發他們的學習興趣；仿真實驗應用于實驗教學的另一個優點在于它不會造成實驗儀器的損壞，因此能夠鼓勵學生進行大膽實踐，反復調試，從而有利于學生深入理解實驗原理，進行探索性研究．另外，仿真實驗由于不受儀器的限制，比較容易更新實驗題目，這樣就有利于學生接觸學科前沿，開闊視野．通過我們這幾年的教學，發現很多學生對于仿真實驗表現出很濃烈的興趣，課后反應非常好，在有些同學的實驗小結里，他們認為“仿真實驗是一種全新的實驗手法，打破了傳統的實驗教學模式，更加強調實驗的設計思想和實驗方法，能夠讓實驗者主動學習，通過仿真實驗，雖然未接觸儀器，但讓我對物理思想、方法、儀器結構和設計原理的認識，都較之前的實際實驗有了很大的提高，而且避免了對貴重儀器的損害，總之，收獲頗多”，“我個人認為仿真實驗更加增添了我對研究物理實驗的興趣，因為在實驗過程中我們必須認真考慮每一個細節，從實驗準備到數據處理”．除了學生外，很多教育界前輩也對仿真實驗給予很高的評價，認為仿真實驗能夠在相當程度上彌補由于實驗儀器復雜、精密昂貴，不能允許學生進行反復調試的缺陷，值得大力推廣．瑞典烏普薩拉大學副校長，諾貝爾物理委員會主席在參觀我們“中心”的仿真實驗室時，也表現出了極大的興趣．
2．2開放平臺
“中心”自成立后一直面向全校學生開放，其中仿真實驗是我們“中心”開放式平臺的一個重要組成部分，在“中心”的網站上，學生可以自由下載仿真實驗軟件，隨時進行預習和進行實驗．我們在實踐中體會到，仿真實驗本身的特點決定了它是開放式學習最有利的工具．首先，仿真實驗用于開放平臺可以解決實驗室開放所需要考慮的開放時間和值班人員工作量問題；另外，由于實驗教學設備需要的資金投入很多，很多學校的教學資源并不能滿足學生成才的需求，仿真實驗在相當程度上可以彌補這方面的缺陷，使學生的學習不再受課堂、課時以及儀器的限制，使得大面積的學生都能夠接觸到有較高水平的開放性、設計性實驗．另外，由于網絡的普及，現在的學生很多課余時間都花在網絡上，打游戲，聊天都成為他們上網的主要活動，仿真實驗在一定程度上可以讓一種非常積極正面的探索活動占用學生的網絡時間．這樣既可以使物理實驗在空間上和時間上得到延伸，又解決了學生課余進行科學研究與探索的需求．
2．3實驗物理考試
考核方式對于學生的學習具有導向性作用，沒有合理的考核方式，就很難激勵學生的主動性和積極性．大學物理實驗畢竟是一門實驗課程，是以培養學生的實踐能力為主要目標的，如果在考核中不強調實際操作，就很難實現這一目標．但是實現真正意義上的操作考試，在操作層面上有一定的難度．我們“中心”曾經嘗試將操作考試引入到大學物理實驗課的考試當中．這樣的操作考試問題也很突出，首先由于是學生自主操作，很容易造成儀器的損壞；即使不考慮儀器的損壞率，由于實驗儀器數目的限制，可供學生參加考試的題目有限，又不可能讓所有的學生都能同時參加操作考試，難免會出現題目泄露的現象，雖然我們會定期改變試卷和改變操作內容，但是由于每次參加考試的學生人數有限，安排考試的次數過多，不可能做到每次的內容都完全不同，從而出現不公平的現象．于是，將仿真實驗應用到實驗物理考試成為“中心”進行實驗課考核方式改革的重要內容之一．首先，仿真實驗可以實現對大批量的學生同時進行考核，不再受儀器數目的限制；可供選擇的題目增加；而且不用擔心由于沒有老師的指導而造成實驗儀器的損壞．其次，由于仿真實驗的模擬性，仿真實驗可以較好地考查學生對實驗原理的理解程度和他們的實踐操作能力．另外，仿真實驗中計算機對于實驗數據的實時存儲可以減少同學之間互相抄襲數據，讓考試變得更加公平、公正．我們通過實踐之后認為仿真實驗除了可以用于實驗物理課程的考試外，還可以用于大面積的地區性或者全國性的大學實驗物理競賽的初試選拔．
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關鍵詞 初中物理；虛擬仿真技術；實驗教學
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2016）05-0159-02
1 前言
隨著現代科技的快速發展，計算機和互聯網等技術在教育領域里得到廣泛推廣、普及和應用，這為傳統的初中物理實驗教學注入新鮮的血液，增強了實驗教學的效果。虛擬仿真實驗技術是當前科學前沿技術在初中物理實驗教學中運用的具體體現，可以突破實驗儀器和設備不足等教學限制，幫助學生直觀、形象地模擬各種物理實驗的操作過程，有利于促使學生積極投入實驗教學中來，不斷提升實驗教學效率。
2 虛擬仿真實驗技術軟件分析
仿真物理實驗室 仿真物理實驗室是一款針對中學物理課堂開放性而設計的專業物理學習軟件，可以為學生提供完善的綜合實驗室，更好地實現各種物理演示實驗，有利于學生更好地驗證自己的實驗猜想。比如可以為學生提供一個包括平面角、凹凸透鏡和棱鏡等物理模型在內的光學實驗室，使師生按照自己制訂的實驗方案來自行構建各種實驗模型，探究有關的物理規律。學生可以借助光學實驗室來合理構建凸透鏡成像模型，以發現和歸納出凸透鏡成像的具體規律。另外，該種虛擬軟件具有較高的集成度，并且易于操作，可以使學生便捷地進行各種物理實驗，真實性比較強。
MATLAB仿真軟件 MATLAB仿真軟件是一款用于數據可視化、分析與計算的計算機軟件，廣泛應用于工程計算以及圖像、通信與信號處理等領域中，并且主要包括MATLAB和Simulink兩個部分。與仿真物理實驗室這款仿真軟件相比，MATLAB仿真軟件具有比較強的靈活性，更加有利于構建有關的實驗模型，同時其界面比較簡潔，有利于編程，另外還有集成度高、數據處理能力強等優點，是一款功能非常強大的仿真軟件。
3 虛擬仿真實驗技術軟件的具體應用
在測量型實驗中的應用 測量型實驗是初中物理中一種基本的實驗類型，步驟比較簡單，所用設備也比較容易獲得；但是針對那些比較復雜的測量實驗而言，無法使學生在真實的實驗環境下進行。借助虛擬仿真實驗技術軟件的合理運用，可以幫助學生更好地觀察有關的物理實驗現象。
以“伏安法測小燈泡電阻”為例，就虛擬仿真技術軟件在物理實驗中的具體運用進行分析和探究，以幫助學生更好地掌握測量小燈泡電阻的方法。首先，在仿真實驗開展之前，物理教師需要先讓學生明確本次實驗課程開展的主要目標，并要使學生掌握電流表和電壓表測電阻的方法，以便學生可以借助歐姆定律的合理運用來測量有關的電阻值。而在具體的模擬仿真實驗開展中，物理教師可以采用邊講解邊進行虛擬實驗的方法和手段，引導學生根據歐姆定律原理來連接軟件中的各種實物電路圖，接著要求學生通過鼠標滑動變阻器的劃片來改變電阻數值，并要記錄對應的電流和電壓數值，最后引導學生繪制出小燈泡電阻的伏安特性圖，從而使學生更好地發現和掌握有關的物理規律。
在探究型實驗中的應用 探究型實驗也是高中物理中一種常見的實驗類型，其重在培養學生透過現象看本質的能力，以便讓學生養成科學的探究精神和意識，有助于使學生更好地發現有關的物理實驗規律。此外，探究型實驗的開展也可以使學生針對具體的物理問題采用不同的實驗來加以解決。在真實物理實驗開展過程中，因各種外界因素的影響，物理實驗方案有可能無法順利實施，所以可以借助虛擬實驗的引入來解決這一問題。教學實踐表明，虛擬實驗教學的效率更加有利于實驗目標的完成。如在凸透鏡成像規律的探究型試驗中，光線的影響對于實驗觀察的效果具有較大的影響，而如果沒有準確的實驗結果，更談不上實驗規律的有效總結。此時可以在實驗開展過程中應用虛擬仿真實驗技術軟件，確保探究實驗開展的質量。
下面以凸透鏡成像規律的探究為例，就虛擬仿真實驗技術軟件在探究型物理實驗中的運用進行分析和探究[1]。
首先，物理教師可以引導學生觀察在實際生活中存在的各種與凸透鏡有關的現象，并提出有關的探究性問題，比如物距大小是否會對成像產生影響？具體特點是什么？接著物理教師需要引導學生結合自己的猜想來設計有關的探究性實驗。然后，物理教師鼓勵學生將自己的實驗思想借助仿真軟件來進行檢驗，并記錄試驗中的各種數據結果。最后，物理教師讓學生根據分析所得到的各種數據來幫助學生更好地歸納出凸透鏡成像的規律。另外，通過虛擬仿真實驗技術軟件運用，為學生排除其他影響實驗結果的客觀因素，比如室內光照情況等，從而可以使學生全身心地去探究有關的實驗結論[2]。
在演示型實驗中的應用 演示型實驗也是一種比較常見的物理實驗形式，其可以幫助學生更好地理解有關的物理知識、規律和原理，深化學生對于這些知識的理解和認識。但是在當前的初中物理教學過程中，因班級人數過多，部分學生可能因距離過遠而無法清晰地觀察教師所做的各種物理實驗，部分甚至可能會因為觀察不清楚而發牢騷或在課堂上公然睡覺等。虛擬仿真實驗技術軟件可以有效地解決上述學生觀察不清、缺乏學習物理知識興趣的問題，也可以解決那些受外界環境因素影響大的演示型實驗效果不理想的問題，增強學習的效果。
如針對光的反射實驗，物理教師可以借助光的反射演示實驗來幫助學生更好地了解和掌握反射定律。但是影響自然光的反射實驗效果的因素比較多，物理教師開展演示實驗的效果不是非常理想。虛擬仿真實驗技術軟件在其中的運用則可以有效克服這個問題。首先，物理教師可以引導學生借助仿真軟件平臺來演示光反射現象，激發學習物理知識的興趣，幫助學生根據有關的現象來自行設計實驗去總結和驗證反射定律，從而提高課堂演示實驗的應用質量。
虛擬仿真實驗技術軟件除了應用于測量型、探究型和演示型等物理實驗中，還可以應用于設計型和操作型等類型的物理實驗中，并均取得良好的教學效果。因此，在平時的初中物理實驗中，物理教師需要以身作則，不斷提升自己的專業能力，尤其應用虛擬仿真實驗技術軟件開展實驗教學的能力。還要明確虛擬仿真實驗技術軟件在實驗教學中存在的缺陷和不足，以更好地發揮其教學優勢。另外，學校也應該積極進行相關虛擬仿真實驗技術軟件的引進，滿足初中物理實驗教學需求。但是為了確保軟件設計的科學性，希望有關設計人員必須要加強與一線教師的溝通和交流，從而充分發揮虛擬仿真實驗技術軟件與傳統物理實驗教學摸式二者的優勢，不斷提升軟件的應用功能和質量。
總之，虛擬仿真實驗技術軟件在初中物理實驗教學中的運用可以為學生創設一個虛擬的“真實”實驗操作情境，有利于激發學生參與實驗學習的積極性，調動學生的熱情，同時也有助于實驗的順利開展，免受客觀因素的影響。因此，在初中物理實驗教學過程中，物理教師必須合理運用虛擬仿真實驗技術軟件來開展教學，還要兼顧傳統物理實驗教學，從而不斷提升實驗教學的質量。
參考文獻
仿真物理實驗室范文5
關鍵詞：物理仿真實驗；作用；效果
物理是一門以實驗為基礎的學科，每節課的內容基本都涉及一些演示或分組實驗。但在實際的教學過程中，尤其對我們這些比較偏遠的小縣城來說，受教學儀器和教學設備的限制，有些實驗做不了，有些實驗即使做了，也得不到想要的效果，甚至沒有效果。因此物理仿真實驗在教學中的應用就顯得尤為重要，對物理教學起到了一個補充的作用。
比如八年級上冊第三章第二節內容《熔化和凝固》，本節內容設計的實驗是海波和石蠟的熔化過程。通過海波和石蠟在熔化過程中的溫度變化規律來總結晶體和非晶體熔化時的溫度變化規律，實驗在實際的操作過程中用水浴法給海波加熱，若水多一點，整個實驗過程時間較長，就完不成教學任務；若水少了，海波在熔化的過程中時間較短，通過溫度計的示數幾乎不能總結出海波在熔化的過程中溫度保持不變這一結論，整個實驗過程很難把握水量的多少。如果在授課時采用仿真實驗來代替實際操作，效果就不一樣了。仿真實驗可以選擇器材進行組裝，讓學生知道此實驗器材組裝的順序是自下而上，然后點燃酒精燈，學生通過模擬實驗觀察海波和石蠟的熔化過程，并通過溫度計的示數變化總結出海波和石蠟在熔化過程中的溫度變化規律，進而延伸到晶體和非晶體熔化時的溫度變化規律。仿真實驗的效果比實際實驗更直觀明了，會給學生留下更深刻的印象，有助于學生對知識點的理解和掌握。
再如，八年級下冊第九章第三節內容《大氣壓強》，大氣壓強存在于我們的周圍，看不見，摸不著，非常抽象。尤其在講解托里拆利實驗時，由于水銀有毒，不能實際操作實驗，給授課增加了一定的難度，如果本節課采用仿真實驗來模擬托里拆利實驗，就會達到一個意想不到的效果。仿真實驗在實際操作過程中可以分成幾種不同的情況來進行模擬，如試管中進入一部分空氣、把試管換成較粗的、往水銀槽中再加入一些水銀、試管上方開一個小孔等，實驗結果是怎樣的，學生都可以通過模擬實驗觀察到。學生通過模擬實驗清楚地看到標準大氣壓強可以支持760mm高的水銀柱，并根據這個數據計算出標準大氣壓強的值。通過仿真實驗講解本節課的內容，不僅降低了本節課的難度，而且提高了學生學習的興趣，更有助于學生對知識點的理解和掌握。
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關鍵詞：汽車 物理仿真 搖擺試驗臺 設計 研究
1、引言
從汽車物理仿真搖擺試驗臺的功能和性能指標、工作指標出發，對設計中存在的難于解決的問題作深入、細致的分析和研究，制定符合工作條件的設計方案，并進行可行性分析，最終通過實驗驗證和確定設計方案，為今后的類似系統設計和結構設計提出建設性建議和經驗參考。
2、汽車物理仿真搖擺試驗臺的結構方案
2.1汽車物理仿真搖擺試驗臺的性能指標
汽車物理仿真搖擺試驗臺可以模擬縱、橫向、偏航三個自由度的搖擺運動；可以精確測量，并實時向控制系統反饋其工作狀態。
三自由度重型搖擺試驗臺主要功能：
1）.在要求的工作范圍內和動態滿載條件下實現偏航、縱搖、橫搖三個轉動自由度的單軸搖擺運動和復合搖擺運動。
2）.在靜態滿載情況下，運動到其工作范圍內的任意角度并靜止。
3）.在動態條件下，可以以任意角度為零點，在工作范圍內做正弦搖擺運動。
4）.具有完善的自檢功能和多重安全保護裝置。
5）.長時間不使用時，臺體可以鎖定。
6）.應具有足夠的強度和剛度，布局合理，結構緊湊。
7）.應具有良好的傳動性能、工作要可靠、維護要方便。
汽車物理仿真搖擺試驗臺在滿足上述功能的同時，還有具體的性能指標和工作指標，如表1-1、1-2所示。
從設計技術要求可以看出，汽車物理仿真搖擺試驗臺是一種技術要求高，測量數據精確，承受載荷大的“高、精、大”試驗設備。為實現其技術要求，必須充分考慮和研究該試驗臺各個環節的設計。
3、汽車物理仿真搖擺試驗臺的基本組成
汽車物理仿真搖擺試驗臺主要由機械臺體、動力系統、電控系統、測量系統和安全保護系統等組成。
機械臺體 機械臺體是汽車物理仿真搖擺試驗臺的本體結構，機械臺體起到承載被測試件，實現縱、橫向、偏航三個自由度的搖擺運動功能。機械本體結構的設計也是本文的工作重點。
動力系統 理論上三自由度并聯搖擺試驗臺的驅動方式可以有多種，對于小負載、低頻響的搖擺臺，采用電機驅動方案較佳；而對那些大負載、高頻響的仿真搖擺臺，采用液壓驅動為宜。由于汽車物理仿真搖擺試驗臺的負載重量大且精度高，故采用液壓系統作為動力源。搖擺臺的液壓系統主要包括泵站、液壓缸、伺服閥、油路、供油環等組成。
電控系統 電控系統主要是通過計算機根據設定的工作曲線及油缸的輸出位移和速度，計算出PWM控制信號，經功率放大后，驅動伺服液壓閥，實現對液壓缸的速度控制及位置控制。它屬于汽車物理仿真搖擺試驗臺的控制環節，本文不作具體研究。
測量系統 主要是對搖擺臺在工作時，對三個自由度的位移、轉角等姿態進行實時跟蹤檢測。
安全保護系統包括：在選型上注重質量、在軟件和硬件上增加安全措施等。
4、汽車物理仿真搖擺試驗臺總體設計
從實現搖擺臺的三個自由度來考慮，可以將汽車物理仿真搖擺試驗臺設計成大平臺的結構形式，但是這種結構也存在一些缺點。由于載荷質量大，完全采用液壓缸來支撐對液壓缸的剛度要求較高；通過改變不同液壓缸行程的組合來實現三個自由度使得控制實現較為困難；另外，這種結構不能直接測量各自由度的角度變化。因此考慮搖擺試驗臺的每個自由度由單獨液壓缸驅動來實現，并且采用雙層并聯式結構。
汽車物理仿真搖擺試驗臺的機械本體包括上、下臺面、鋼絲球軸承、十字軸、支座、底座等組成。具體的設計依據是：當汽車物理仿真搖擺臺按照最大參數運動時，其重心的運動軌跡投影將完全包含在液壓缸支撐點構成的四邊形內。這種結構可以保證該汽車物理仿真搖擺試驗臺整體結構的穩定行，從而使搖擺臺的剛度符合運行條件。
5、汽車物理仿真搖擺試驗臺功能實現
被測試件固定在上臺面上，這樣只要使上臺面進行三自由度擺動就可以帶動試件進行擺動了。上臺面通過鋼絲球軸承與下臺面連接并可以相對轉動，偏航液壓缸的缸體、缸桿分別連接在上、下臺面上，這樣通過缸桿的伸縮運動就可以帶動上臺面相對下臺面進行轉動，從而實現上臺面的偏航運動。上、下臺面之間只有相對轉動，故只要推動下臺面進行橫搖和縱搖擺動，上臺面就會隨著下臺面一同擺動。根據搖擺臺的功能要求，下臺面要實現單軸方向擺動和橫搖、縱搖的復合運動，采用十字軸的連接支撐方式。由于橫搖、縱搖兩個自由度位置關系的限制，十字軸設計成兩軸不同長度的形式，長軸端通過軸承與下臺面連接，短軸端通過軸承與支座連接。下臺面的四個支點與液壓缸的缸桿通過關節軸承連接[27]，缸體通過關節軸承與底座連接，四個液壓缸兩兩對稱放置。與長軸端在一直線的兩個液壓缸一推一拉驅動下臺面繞短軸線擺動，實現縱搖運動；同理，與短軸端在一直線的兩個液壓缸一推一拉驅動下臺面繞長軸線擺動，實現橫搖運動；十字軸回轉中心與四個關節軸承的回轉中心在同一個平面內，這樣在幾何關系上保證了驅動橫搖、縱搖的兩兩液壓缸能夠同步工作，并且四個液壓缸可以實現聯動，最終實現汽車物理仿真搖擺試驗臺的性能要求。
6、結論
根據汽車物理仿真搖擺試驗臺的功能和技術要求，對汽車物理仿真搖擺試驗臺進行總體方案設計。對汽車物理仿真搖擺試驗臺機械本體進行具體設計和研究，提出合理的設計方案。
參考文獻
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