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。

What is in the Physics Lab, and what makes it different?

Nine interactive simulators, all solving the real equations rather than animating a guess: free fall, projectile motion, spring-mass oscillation, gravity and orbits, the pendulum, collisions, wave superposition, DC circuits and an ideal gas. Each one runs two or three objects at the same time, so you change one variable and watch the difference instead of imagining it.

And each one ends with something no other physics lab does: a panel that takes the numbers on screen back to the units they are measured in, and to the constants that define those units. The pendulum's period leads to g and to the second; the wave lab leads to the hertz and the metre; the gas lab leads to the pascal, litre, kelvin and mole — and to R = N_A·k_B, which since 2019 is a definition rather than a measurement.

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。

Bridges to — height, mass and velocity → standard gravity 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。

Bridges to — speed, angle and range → standard gravity 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。

Bridges to — the newton per metre and the hertz

引力与轨道

发射恒星、行星与卫星，在牛顿万有引力下观察真实轨道的形成。

Bridges to — AU, solar masses and years → G, the least precise constant

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。

Bridges to — length and period → g and the second

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。

Bridges to — the joule, and momentum — the quantity with no named unit

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。

Bridges to — the hertz and the metre → ΔνCs and 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。

Bridges to — volts, ohms and watts → the elementary charge 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。

Bridges to — pascal, litre, kelvin and mole → 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

选择一个模拟器：自由落体、弹簧-质量振动或抛体运动。
调整高度、角度、质量、重力或弹簧常数等参数。
按下播放，观看模拟以实时物理运行。
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。