Лабораторная работа №20. Моделирование процессов

Цель работы: рассмотреть компоненты Animation, MMControl и их свойства; научиться создавать мультимедийные приложения с использованием компонента Animation и MMControl

Теоретическая часть

Физический эксперимент и теория – единое целое; это два взаимно дополняющих друг друга метода познания. Эксперимент несколько иначе, чем теория, «учит» мыслить, его проведение приучает к практической работе с приборами, действовать по заранее составленному плану, анализировать каждый шаг и полученные данные, формулировать выводы из множества фактов.

«Опыт можно считать выразительным тогда, когда из него легко становится ясным существо явления или та или другая подробность, которая является в данное время предметом изучения» (Е.Н. Горячкин). Это требование является одним из самых весомых в постановке демонстраций, целью которых является введение физических понятий. На этом этапе формирование понятия необходимо создать яркий обобщенный образ представления, который включает в себя самые существенные элементы воспринятого физического явления.

При решении конкретных практических задач приходится изучать явление во всем его богатстве содержания: в каждом явлении можно выделить существенные свойства, менее существенные и несущественные. При изучении этого явления нужно научить учащихся выделять существенные свойства, учитывать действия менее существенных факторов и сводить до минимума несущественные воздействия.

Используя учебные имитационные компьютерные программы, преподаватель может представить изучаемый материал более наглядно, показать модели физических экспериментов, для которых нет оборудования в учебном учреждении (например, ядерные реакции, электрический ток в полупроводниках, внутреннее строение веществ, старт ракеты, опыты по голографии). Компьютерные курсы позволяют учащимся наблюдать анимации (одушевлённые, типа мультипликаций, явления), интерактивные модели, самим проводить имитационные эксперименты и лабораторные работы.

В данной лабораторной работе рассмотрим некоторые физические процессы и создание их имитации в помощью среды VBA и приложения MS Escel.

Задание 1. Модель вращения Луны вокруг Земли

Постановка задачи.

Разработать модель физического процесса, показывающую вращение спутника (например, Луны) вокруг планеты.

Ход работы.

1. Создайте папку с названием «Лабораторная_работа_№20».

2. Откройте чистую рабочую книгу. Убедитесь, что Вы находитесь на Листе 1.

3. Занесите в ячейки таблицы данные в соответствии с Таблицей 20.1. Примерный вид таблицы приведен на Рис.20.1.

Таблица 20.1

Адрес ячейки	Содержимое	Описание
A2	0	Параметр
B2	= 5*cos(A2)	X – координата Луны
C2	= 5*sin(A2)	Y – координата Луны
D2	1	Размер Луны (диаметр)
E2	4	Число оборотов
B3	0	X – координата Земли
C3	0	Y – координата Земли
D3	5	Размер Земли (диаметр)
E3	=ПИ()	Число ПИ
E4	= 2*E2*E3	Максимальное значение параметра

4. Выделите блок ячеек B2:D5 и с помощью мастера Диаграмм постройте пузырьковую диаграмму. Для первого ряда используются данные ряда B2:D2, а для второго – B3:D3. Для указания местонахождения данных выберите «В столбцах».

5. Построив диаграмму, выберите ось Y, щелкните правой клавишей мыши выберите «Формат оси».

6. Установите максимальное значение и минимальное значение 6 и -6, соответственно. Уберите галочки «Авто» для этих опций.

7. Проделайте аналогичные действия (шаг 5 и 6) для оси OX.

8. Подведя мышку к одной из планет, щелкните правой клавишей мышки и выберите команду «Формат рядов данных».

9. На вкладке «Вид» установите параметры заливки для изображения планет.

10. На вкладке «Параметры» установите галочку «Разноцветные шарики».

11. На вкладке «Подписи данных» установите галочку «Имена рядов».

12. Нажмите ОК.

13. Подведите галочку к появившимся именам рядов и отформатируйте текст, введя название планет. Примерный вид отформатированной диаграммы приведен на Рис.20.2.

14. С помощью панели инструментов «Элементы управления» добавьте в приложение командную кнопку, назвав ее «Пуск» и установив свойства согласно Таблице 20.2.

Таблица 20.2

Свойства командной кнопки Command Button1

Свойство	Значение
Caption	ПУСК
BackColor	&H80000007&
ForeColor	&H0000FFFF&
Font	Arial, 12, жирный

Внешний вид приложения приведен на Рис.20.3.

15. Если изменить значение параметра в ячейке A2, то будут меняться координаты Луны и, соответственно, ее положение на диаграмме. Осталось автоматизировать этот процесс.

16. Включив режим конструктора на панели инструментов, щелкните два раза по командной кнопке. В открывшемся окне впишите следующий программный код:

Private Sub CommandButton1_Click()

For t = 0 To Cells(4, 5) Step 0.1 'для параметра t, принимающего значения

'от 0 до значения в ячейке E4 с шагом 0.1

Cells(2, 1) = t 'заносить это значение в координату X

DoEvents 'Отображать новое положение Луны

Next

End Sub

17. Выйдите из среды Visual Basic.

18. Выйдите из режима конструктора.

19. Проверьте работоспособность приложения, щелкнув по кнопке «Пуск». Попробуйте поменять число оборотов в ячейке E2, также пронаблюдав результаты изменений.

20. Переименуйте Лист1 в «Движение планет».

21. Сохраните изменения в книге.

22. Перейдите на Лист 2 для выполнения следующего задания лабораторной работы.

Задание 2. Модель центрального, абсолютно упругого удара

Постановка задачи.

Разработать модель центрального, абсолютного упругого удара двух шариков. Из курса физики известно, что при таком ударе двух тел массой M₁ и M₂, движущихся со скоростями V₁ и V₂, соответственно, выполняются законы сохранения импульса:

и закон сохранения энергии:

где U₁ и U₂ – скорости тел после соударения.

Совместное решение этих двух уравнений позволяет определить сначала значение скорости U₁:

а затем и U₂:

U₂ = V₁ + U₁ – V₂.

Используя эти соотношения, построить модель движения шариков в замкнутом объеме. Шарики имеют определенные начальные скорости и при соударении друг с другом меняют их в соответствии с вышеприведенными формулами. Для того, чтобы соударения происходили многократно, движения шариков ограничены боковыми стенками, при ударе о которые, шарики изменяют свою скорость по направлению, сохраняя ее по величине.

Ход работы.

1. Переименуйте Лист2 в «Упругий удар».

2. З аполните ячейки A1:F2, как на Рис.20.4.

3. В ячейке A5 запишите формулу: «=A1», а в ячейке C5 – «=C1».

4. В ячейке G2 введите формулу, вычисляющую разность между начальным и конечным положением шариков: «=F2 – E2»

5. В ячейках B5 и D5 будет показываться местоположение шариков, вычисляемое в программном коде. Сейчас введите сюда значения из ячеек E2 и F2 (Рис.20.5).

6. В ячейке A4 введите пояснение «1 шар», в ячейке C4 – «2 шар» (Рис.20.5).

Теперь необходимо построить диаграмму таким образом, чтобы получить на ней изображение обоих шариков, положение которых будет зависеть:

• от координат X, находящихся в ячейках B5 и D5;

• от координат Y, равных 2;

• от размеров, зависящих от массы (A5 и C5). Для этого:

Выделите диапазон ячеек A5:D5.

С помощью Мастера диаграмм выберите тип диаграммы – «Пузырьковая».

Н а шаге 2 построения диаграммы укажите источник данных рядов – «в строках» и перейдите на вкладку «Ряд».

Для значения ряда «Ряд 1» установите следующие параметры (Рис.20.6):

• Значения X: = Лист2!$B$5

• Значения Y: = {2}

• Размеры: = Лист2!$A$5

Нажмите кнопку «Добавить» под окном «Ряд».

Для значения ряда «Ряд 2» установите следующие параметры (Рис.20.7):

• Значения X: = Лист2!$D$5

• Значения Y: = {2}

• Размеры: = Лист2!$C$5

В следующем окне, на Шаге 3, уберите легенду и ось значений Y.

Введите название диаграммы – «Модель абсолютно упругого удара».

Расположите диаграмму на имеющемся листе и настройте ее по своему вкусу.

Установите для оси X (подведя курсор мыши к линии OX, щелкнув правой клавишей мыши и выбрав в контекстном меню команду «Формат оси») минимальное и максимальное значение шкалы соответственно 0 и 10, отказавшись от режима «Авто» для этих параметров. Примерный результат – на Рис.20.8.