用Flash MX模擬物理實驗之探究

【摘 要】本文在《〈電磁感應現象〉模擬實驗制作之一》基礎上進一步探討了用Flash MX模擬物理實驗的基本方法、基本思路和基本過程，闡述人教版高中物理第16章第1節《電磁感應現象》另外兩個模擬實驗的制作思路、制作原理、制作的方法和技巧及應用Flash MX的ActionScript的編程技巧。

【關鍵詞】電磁感應 磁感應線 磁通量 元件 關鍵幀 ActionScript

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2011）19－0149－03

一 《電磁感應現象》實驗二模擬實驗制作

1．實驗內容

將磁鐵插入螺線管或從螺線管拔出。實驗裝置，見圖1。

2．實驗現象

在實驗中，當條形磁鐵一端充分靠近螺線管時，電流計指針突然偏轉，且移動越靠近螺線管，指針偏轉越大，移動速度越大，偏轉角越大，磁鐵不動，則指針不偏轉；當磁鐵反向移動時，指針反向偏轉，當磁鐵遠離螺線管后，指針不偏轉。

3．設計分析

實驗二中的儀器和器材有：電流表、導線、螺線管和條形磁鐵。我們的目的是設計出符合實驗現象2要求的模擬實驗。難點在于其一，與《模擬實驗制作之一》中實驗一不同的是，實驗一中的磁場可近似認為是穩恒磁場，磁感應線的大小和方向相同，只繪制一組磁感應線元件即可，其他的可以由它多復制幾個即可，而條形磁鐵的磁場為非穩恒磁場，磁感應線是一些閉合的曲線；由于曲線的方程不易求得，即便求得，由于受Flash MX軟件的限制也難以動態及時地顯示曲線，因此，我決定多繪制幾組（我繪制了七組）不同的磁感應線元件，只要能模擬出效果即可，沒有必要準確。其二，越靠近磁鐵兩極，不但磁感應線數目增多，而且磁場強度也相應增大。由于在磁鐵周圍的磁場強度的分布極其復雜，為了使問題簡單化，我將條形磁鐵豎直放置，磁鐵中軸上的磁場強度方向豎直向下，我構造了一個近似的模擬函數來模擬

條形磁鐵周圍磁場強度軸向分布f（y）＝ ，其中k、r

為正的常數，y為距離磁鐵中心的縱向距離，橫向距離可以忽略不計（因為我們只允許在豎直方向移動磁鐵）。其三，由于磁感應線的形狀大小不同，在程序中如何判斷哪一條磁感應線進入螺線管較難。起初，我通過測試，將每一條磁感應線進入螺線管的坐標位置記下來，放入一個數組，利用數組進行判斷，結果得到滿意效果，但這種方法較繁瑣，后來，我將每一條磁感應線的下邊界置于其所在影片的中心位置，并用磁芯的最上方入口位置來判斷哪條磁感應線進入磁芯，便輕易解決了這個問題。

4．制作過程

第一，元件dianlbp：屬性為圖形（graphic），繪制電流表盤及刻度。

第二，元件zhizhen：屬性為影片剪輯，繪制電流表指針，其末端置于坐標中心位置。

第三，元件ciganyx1、ciganyx2、ciganyx3、ciganyx4、ciganyx5、ciganyx6、ciganyx7，共七個磁感應線元件，屬性為影片剪輯，繪制七組不同的磁感應線。它們的第一幀為紅色線，表示磁場未穿過磁芯，第二幀為形狀與第一幀相同的綠色線表示磁場穿過磁芯，每幀加入Actions代碼：stop();

第四，元件cixinb：屬性為影片剪輯，繪制后部磁芯，用它來判斷磁感應線是否進入磁芯。

第五，元件cixinq：屬性為圖形，繪制前部磁芯。

第六，元件xianquan：屬性為圖形，繪制線圈。

第七，元件ljdx：屬性為圖形，繪制連接導線。

第八，元件citie：屬性為影片剪輯，繪制條形磁鐵。

第九，元件ydcitie：屬性為影片剪輯，此元件為復合元件，在其第一幀分別將citie元件和七個磁感應線元件依次按磁場的分布情況擺放好，實例名依次為citie、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7，其第一幀的Actions代碼為：

n=new Array (t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7);

this.onPress=function(){ this.startDrag(true，154，－50，154，140);}

this.onRelease=function() {this.stopDrag();}

this.onReleaseOutside=this.onRelease;

第十，元件dcganying2：屬性為影片剪輯，上述各元件有機組成，能完成實驗二的全過程。共分六層：各元件放置到合適位置，從下往上依次為：第一層為dianlbp層，放置元件dianlbp；第二層為zhizhen層，放置元件zhizhen，實例名為zhizhen；第三層為cinxinb_daoxian層：放置元件cinxinb和元件ljdx，將導線和磁芯連接好；第四層為ydcitie層：放置元件ydcitie；第五層為cinxinq層：放置元件cinxinq；第六層為Actions層，放置程序，其Actions代碼如下：

p=new Array ( );

for (i=0;i<7;i++){

p[i]=this.ydcitie.n[i]._y－this.ydcitie.citie._y;}

this.oldp=this.ydcitie._y;

this.newp=this.oldp;

this.ddy=0;

k=1000;

r=10;

this.onEnterFrame=function(){

for (i=0;i<7;i++){

p[i]=this.ydcitie.n[i]._y－this.ydcitie.citie._y; }

this.oldp=this.newp;

this.newp=this.ydcitie._y;

this.ddy=k/(r+Math.abs(this.newp－this.cixinb._y))－k/(r+ Math.abs(this.oldp－this.cixinb._y));

if (this.ddy>=60){this.ddy=60;}

if (this.ddy<=－60){this.ddy=－60;}

if((this.newp+p[0]>=this.cixinb._y)or(this.oldp+p[0]>=this.cixinb._y))

this.zhizhen._rotation=－3.14156/6*this.ddy;

else

this.zhizhen._rotation=0;

for(i=0;i<7;i++){

if(this.newp+p[i]>=this.cixinb._y){

this.ydcitie.n[i].gotoAndPlay(2);}

else

{ this.ydcitie.n[i].gotoAndPlay(1); }

}

}

至此實驗二的模擬實驗完成，只要將此元件拖入舞臺，即可使用。

二 《電磁感應現象》實驗三模擬實驗制作

1．實驗內容

雙螺線管實驗。實驗裝置圖，見圖2。

2．實驗現象

開關通斷時，螺線管的磁通量發生變化，電流表指針發生變化；通電螺線管插入抽出時，磁通量發生變化，電流表指針發生變化；滑動變阻器滑動時，通電螺線的磁通量發生變化，電流表指針發生變化；且電流表指針的變化規律與實驗二基本相同。

3．設計分析

本實驗在實驗二的基礎上用通電螺線管代替了條形磁鐵，增加的器材有通電螺線管、電池組、開關、滑動變阻器、若干導線。由于開關、滑動變阻器和通電螺線管都含有可動體，因此將它們進一步分解為基本元件，而電池組和部分導線不動，可作為靜態圖形元件，可動導線由程序繪制。另外，滑動變阻器變動時，阻值發生變化時，電流相應發生變化（由

公式 確定），通電螺線管的磁場強弱也相應發生變化，

由于磁場強度的分布極其復雜，為了只突出效果，我用螺線管中心軸線上的磁場強度的分布來近似來代替，螺線管中心軸線豎直放置，磁場方向向下，公式為（證明略去）：

其中，u0、n為常數，r為螺線管半徑，L0為螺線管軸向長度，y為螺線管中心軸線上一點距螺線管下口處的位移，向下為正，向上為負。

k為常數。

由于磁場穿過的面積S為定值，該面積上的磁場分布均由中心軸線上的磁場來近似代替，因此：

所以偏轉角： ，k2為常數。

此即Flash MX使用的偏轉角的計算公式。

對于開關的操作，我引入開關變量flag控制開關的通斷，其值為1表示通，為0表示斷開。滑動變阻器的阻值R的變化可由鼠標控制滑動按鈕來實現。由于要實現磁感應線的疏密隨阻值的變化，磁感應線應不同于實驗二中的分布，因此應重新繪制。

4．制作過程

第一，元件dianlbp：屬性為圖形（graphic），繪制電流表盤及刻度。

第二，元件zhizhen：屬性為影片剪輯，繪制電流表指針，其末端置于坐標中心位置。

第三，元件cixian1、cixian2、cixian3、cixian4、cixian5、cixian6、cixian7，共七個磁感應線元件，屬性為影片剪輯，繪制七組不同的磁感應線，表示不同強弱的磁場。

第四，元件cixianquan11：屬性為影片剪輯，繪制與電流表相連的磁芯后部，用它判斷磁感應線是否進入磁芯。

第五，元件cixianquan1：屬性為圖形，繪制與電流表相連的磁芯的前部。

第六，元件cixianquan21：屬性為圖形，繪制與滑動變阻器相連的磁芯后部。

第七，元件cixianquan2：屬性為圖形，繪制與滑動變阻器相連的磁芯前部。

第八，元件daoxian：屬性為影片剪輯（空影片），由程序繪制動態導線。

第九，元件dianchicu：屬性為圖形，繪制電池組。

第十，元件hdbzq：屬性為圖形，繪制滑動變阻器主體。

第十一，元件hdniu：屬性為影片剪輯，繪制滑動變阻器滑動鈕，其Actions代碼如下：

this.onPress=function( ){ this.startDrag(true，90，15，180，15);}

this.onRelease=function( ) {this.stopDrag( );}

this.onReleaseOutside=this.onRelease;

第十二，元件kaiguanzuo：屬性為圖形，繪制開關底座。

第十三，元件kaiguan：屬性影片剪輯，繪制開關閘刀，其Actions代碼如下：

flag=0;

this._rotation=－20;

this.onPress=function(){

if(flag==1){

this._rotation=－20;

flag=0;

}

else

{this._rotation=0;

flag=1;

}

}

第十四，元件gyxian：屬性為影片剪輯，此元件為復合元件，它是與滑動變阻器相連的可移動磁芯，由三層組成，各元件放置合適位置，從下往上依次為：第一層為hou層，放置元件cixianquan21，第二層為gyx層，放置第三的七個磁感應線元件，其實例名依次為t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7，第三層為qian層，放置元件cixianquan2，在其第一幀加入Actions代碼如下：

this.onPress=function(){ this.startDrag(true，－34，－73，－34，110);}

this.onRelease=function() {this.stopDrag();}

this.onReleaseOutside=this.onRelease;

n=new Array(t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7)

第十五，元件dcgy3：屬性為影片剪輯，復合元件，由上述各元件有機組成，能完成實驗三的全過程。共分七層：各元件放置到合適位置，從下往上依次為：第一層為dianlbp層，放置元件dianlbp、cixianquan11、dianchicu、hdbzq、hdbzq、kaiguanzuo、hdniu各一個，其中元件hdniu的實例名為hdniu；第二層為zhizhen層，放置元件zhizhen，實例名為zhizhen；第三層為xianlu層，繪制電路中不可移動的固定連接導線；第四層為daoxian層，放置元件daoxian，其實例名為daoxian；第五層為gyxian層：放置元件gyxian，其實例名為gyxian；第六層為xianquan2層，放置元件cixianquan1；第七層為Actions層：其第一幀的Actions代碼如下：

n=new Array(t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7);

oldgp=this.gyxian._y;

newgp=oldgp;

rold=190－this.hdniu._x;

rnew=rold;

oflag=this.kaiguan.flag;

nflag=this.kaiguan.flag;

r=30;

L0=50;

k=150;

this.onEnterFrame=function(){

oflag=nflag;

oldgp=newgp;

nflag=this.kaiguan.flag;

newgp=this.gyxian._y;

rold=rnew;

rnew=190－this.hdniu._x;

dy=newgp－oldgp;

this.daoxian.clear();

x0=this.gyxian._x;

y0=this.gyxian._y;

this.daoxian.lineStyle(2，0x000000);

this.daoxian.moveTo(x0－17，y0－50);

this.daoxian.lineTo(－48，－150);

this.daoxian.moveTo(x0+1，y0－50);

this.daoxian.lineTo(－32，－150);

m1=L0+oldgp;

m1/=Math.sqrt(r*r+(L0+oldgp)*(L0+oldgp));

m1－=oldgp/Math.sqrt(r*r+oldgp*oldgp);

m2=L0+newgp;

m2/=Math.sqrt(r*r+(L0+newgp)*(L0+newgp));

m2－=oldgp/Math.sqrt(r*r+newgp*newgp);

m=nflag*k*m2/rnew－oflag*k*m1/rold;

if ((newgp>=－30)or(oldgp>=－30))

this.zhizhen._rotation=－m;

else

this.zhizhen._rotation=0;

for(i=0;i

if((100/rnew>=(i+1))and(nflag==1))

this.gyxian.n[i]._visible=true;

else

this.gyxian.n[i]._visible=1;

}

}

至此，實驗三的模擬實驗完成，只要將此元件拖入舞臺，即可使用。

〔責任編輯：王以富〕