机车以恒定规律启动时速度变化的计算机模拟研究

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1、附件1：封面清远市2015年优秀教育教学论文评奖参评论文参评承诺书论文题目机车以恒定功率启动时速度变化规律的计算机模拟研究学科中学物理作者姓名XX单位全称XX联系电话（手机）XX-7-个人诚信承诺1.我郑重承诺所写教学论文为本人原创，没有抄袭他人的文章。2.主办单位若将我的作品公示、上网、发表、出版、我表示（在括号内“√”）：同意（）不同意（√）承诺人签名：周军2015年9月9日机车以恒定功率启动时速度变化规律的计算机模拟研究摘要本作品是一个物理规律探究问题，以对问题的理论分析和实验验证为出发点探究规律。-7-在我们高中新课标物理教材必修2中就有关于机车启动问题的一些知识，可书上只是简单介

2、绍了一些关于机车启动问题，例如在学习机车以恒定功率启动时，新课标物理教材中只介绍了在达到稳定状态的一些规律。而对于启动时的速度—时间的函数和图象以及达到稳定速度所需的时间的问题出于知识的局限对此问题并未深入研究，其实在高中新课标数学教材中已有了函数与导函数的知识，笔者在教学之余和我班的几位爱好物理的学生利用计算机模拟实验对这个问题进行了多次探究，又有了更深刻的认识，许多数学的研究发现与物理是分不开的，许多的物理学家往往是出色的数学家。我们如果能引导学生以数学的眼光学习物理那确实是一个更深刻而有意义的的事。本文从学习的物理规律出发，并将问题转化为数学问题，充分运用信息技术帮助求解物理问题是本

3、文的研究方向。一、问题的提出学生在学习完物理课本中机车启动的一章之后，对机车启动有了一定认识，就想到能否从机车启动时改良机车，使机车提速度更快一点呢？在激烈的F1赛车比赛中，选手的技术，赛车的性能都是必不可少的，赛车不仅要追求最大的绝对速度，同时也要追求快速达到最大速度。这就是我们要探究的问题了，机车启动有什么样的规律呢？达到稳定速度的时间与什么有关呢？有什么样的关系呢？二、模型分析与建立机车在以恒定功率启动时，由牛顿第二定律:即：注：三、探究环境1、南京金华科软件有限公司《仿真物理实验室》力学模拟实验环境2、MicrosoftExcel(数据分析)自己制作的一些小程序(change.ex

4、e为了方便数据的导入分析，用Pascal语言编译的可执行程序，将《仿真物理实验室》力学模拟实验环境中的闪照时刻实验数据保存为try.txt,再将程序放入文件所在的目录，并运行，会输出一个名为tryout.txt的文件,文件第一列为时刻,第二列为对应的速度.）．(change.pas为Pascal语言编译的源程序)(start.exe为求解微分方程的近似数值解程序)（输入数据时Ｍ为机车的质量，Ｐ为机车的输出功率，ｆ为摩擦力，Ｖ为初速度，ｅ为时间和速度的精确度，（推荐ｅ≤０．０５，Ｖ应满足），输出的文件为startout.txt-7-，文件第一列为时刻,第二列为对应的速度.(start.pas

5、为Pascal语言编译的源程序)(test.exe为对提速完毕的临界时间T的理论分析，输入是先输入一个变量（M/P/）(使用大写的M,P分别表示M,P,用小写的f表示，接这按提示输入其余两个定值，运行后会输出一个testout.txt的文件，第一列为输入的变量，（变量范围已设定好．）第二列为对应的提速完毕的临界时间T）．（test.pas为Pascal语言编译的源程序）．三、研究过程1、理论分析速度变化情况：Ø理论分析利用数学微积分中以直代曲方法在较短的一段时间内可认为牵引力为恒定不变的。再利用匀变速运动规律计算该段时间速度。使用计算机(Pascal编程）计算出v(t)的数值解。Ø实验验证

6、使用物理仿真实验室对上述分析进行验证。Ø对比分析使用Excel对两种情况得到的数据进行分析。Ø探究步骤①理论分析速度变化情况；运行start.pas．②使用《仿真物理实验室》力学模拟实验环境模出机车在启动时的情况，对速度做好记录．③使用Excel做出两种情况的Ｖ（ｔ）图象，对比检验；2、对M　、P、三个量依次每次改变一个量进行实验与理论分析，并使用Excel记录并分析探究与提速完毕的临界时间T的关系：Ø理论分析控制单一变量，利用计算机（Pascal编程）同样以以曲代直的方法计算临界时间T(测多组数据）。-7-Ø实验验证得用物理仿真实验室对上述情况得到的数据进抽样检验。Ø分析对比使用Exce

7、l画出各个变量与临界时间T的关系图象进行数据分析，找出规律。Ø探究步骤①理论分析M　，P，三个量与提速完毕的临界时间T的关系．运行test.exe并对各种变量进行测试，并记录好相关数据．②使用《仿真物理实验室》力学模拟实验环境，对上述数据进行抽样检测．③用Excel并分析记录数据探究M　，P，与提速完毕的临界时间T的关系．五、研究实例：1、理论分析速度变化情况：①运行start.pas．取M=150Kg，P=2250W，