物理实验室 - 交互式模拟器

物理实验室

实时体验物理定律。交互操作重力、速度和力，享受RK4数值积分驱动的精确模拟。

力学 6
波动 1
电磁学 1
热力学 1

物理实验室里有什么？和别的物理模拟有什么不同？

这里有九个交互式模拟器，每一个都在求解真实的物理方程，而不是凭感觉做个动画：自由落体、抛体运动、弹簧振子、引力与轨道、单摆、碰撞、波的叠加、直流电路和理想气体。每个模拟器都能同时运行两到三个物体——只改变一个变量，就能亲眼看到差别，而不必靠想象。

此外，每个模拟器的最后都有一块其他物理实验室没有的面板：把屏幕上的数值追溯到测量它们所用的单位，再追溯到定义这些单位的常数。单摆的周期通向 g 和秒；波的实验通向赫兹和米；气体实验通向帕斯卡、升、开尔文和摩尔，最终通向 R = N_A·k_B——自 2019 年起，它是定义值，而不再是测量值。

力学

自由落体模拟器

模拟带空气阻力的自由落体。调整质量、高度和形状，观察物体如何下落。基于RK4的实时物理模拟。

连接到 — 高度、质量和速度 → 标准重力加速度 g₀

抛射运动模拟器

模拟带空气阻力的抛射运动。调整速度、角度、质量和形状来比较轨迹。基于RK4的实时物理模拟。

连接到 — 速度、角度和射程 → 标准重力加速度 g₀

弹簧-质点模拟器

模拟阻尼谐振动。调整质量、弹簧常数和阻尼系数，观察欠阻尼、临界阻尼和过阻尼运动。实时RK4物理模拟。

连接到 — 牛顿每米与赫兹

引力与轨道

抛出行星、让探测器借木星做引力弹弓、撕裂恒星的尘埃盘：牛顿万有引力下的真实轨道。

连接到 — 天文单位、太阳质量和年 → 最不精确的常数 G

单摆模拟器

同时摆动多个单摆，发现真正决定其节奏的因素：摆长、重力，以及你把它拉开多远。

连接到 — 摆长和周期 → g 和秒

碰撞与动量模拟器

让圆盘相互撞击，发现永不破裂的定律：无论弹性还是非弹性，每次碰撞中总动量都守恒。

连接到 — 焦耳，以及动量——一个没有专门单位名称的物理量

波动

波的叠加实验室

叠加正弦波，观察它们干涉、拍动和静止不动——全都基于波动方程 v = f·λ。

连接到 — 赫兹和米 → ΔνCs 和 c

电磁学

电路与欧姆定律实验室

搭建电路，滑动电压与电阻，看欧姆定律 V = I·R 把它点亮——串联与并联并排对比。

连接到 — 伏特、欧姆和瓦特 → 元电荷 e

热力学

理想气体实验室

弹跳的分子，真实的物理：压强从器壁碰撞中产生，而 P·V = n·R·T 实时成立。

连接到 — 帕斯卡、升、开尔文和摩尔 → R = N_A·k_B

关于物理实验室

物理实验室是一组互动模拟器，让你在浏览器中实验真实的物理。你不必只是阅读自由落体、振动或抛体运动，而是设定条件、按下播放，看着基于物理的精确运动展开。每个模拟器都能同时运行多个物体，让你比较质量、角度、重力或弹簧劲度如何改变结果。这是一种动手培养对运动背后方程之直觉的方式，非常适合学生、教师以及任何对物理世界如何运行感到好奇的人。

如何使用

1 选择一个模拟器：自由落体、弹簧-质量振动或抛体运动。
2 调整高度、角度、质量、重力或弹簧常数等参数。
3 按下播放，观看模拟以实时物理运行。
4 并排运行多个物体，比较各变量如何影响运动。

背后的科学

每个模拟器都求解真实的运动方程，而非伪造动画。自由落体与抛体运动在恒定重力下遵循牛顿定律，而弹簧-质量系统遵循胡克定律，产生简谐运动。模拟以极小的时间步长通过数值积分推进，因此轨迹、速度和振动周期都与真实实验中测得的相符。由于物理是真实的，你可以通过观看其运行来验证课本公式，例如抛体的抛物线轨迹或弹簧的周期。

常见问题

有哪些模拟器？

提供自由落体、弹簧-质量振动和抛体运动的模拟器，每个都带有可调参数。

物理真实吗？

真实。模拟器以数值积分求解真实的运动方程，因此其行为与真实实验相符。

我能比较多个物体吗？

可以。每个模拟器都能同时运行多个物体，便于看出改变一个变量如何改变结果。

这对学习物理有用吗？

非常有用。看着方程活起来能培养直觉，并帮助把公式与真实可观察的运动联系起来。