Excel双解物理极值问题

来源 :中小学信息技术教育 | 被引量 : 0次 | 上传用户:amaozh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  Excel不仅是制表软件,而且是一种功能强大的数据统计和分析工具,能进行复杂的公式运算。对于物理中的极值问题,我们既可以通过Excel所绘制的函数图像直接读出,也可以利用“规划求解”功能快速、准确地加以解决。我们以一个常见的抛体问题为例,说明如何使用Excel通过两种不同的方法解决物理极值问题。
  我们知道,在忽略空气阻力的情况下,从水平面斜向上抛出的物体,其水平射程在抛射角 =45°时最远。更为常见的情形是从距地面一定高度 的地方斜向上抛出,此时最佳抛射角与抛射速度 和抛射高度 这两个初始条件的大小有关。在这种情况下,抛射角 取多少时水平射程最大呢?我们列出水平和竖直两个方向上的运动方程:
  


  如果我们将水平射程理解为两部分水平位移之和,即由和组成(图1)。第一部分 表示=0时的水平射程。第二部分表示从高度为的地方斜向下抛向地面所产生的水平位移。当抛射角=45°时,取得最大值,但此时进行斜下抛时具有较大的竖直速度,无法取得最大值;如果为了增大而取一个小于45°的,又无法取得最大值,因此应介于0°和45°之间。对于给定的和,我们可以利用(3)式求出最佳的抛射角和的最大值。
  


  以=15.0m/s,=25.0m为例,我们将利用Excel的绘图功能和“规划求解”功能,使用两种不同的方法求解上述条件下的最佳抛射角和水平射程 的最大值。
  
  一、图像求解法
  
  1.在A1单元格中输入“ ”, A2、A3单元格分别输入“0”、“1”,用鼠标选中A2和A3单元格,将鼠标移到A3的右下角,当鼠标的符号变为“+”时,按住鼠标向下拖,Excel会自动地以公差为1的等差数列来填充,直到A47,此时A47单元格中的数值为45。
  2.在B1单元格中输入“ ”,在B2单元格中依据上文(3)式输入公式“=15*15/(2*9.8)*(sin(2*A2/180*3.14)+SQRT(sin(2*A2/180*3.14)^2+8*9.8*25/(15*15)*cos(A2/180*3.14)^2))”,回车确定。选中B2单元格,将鼠标移到B2的右下角,当鼠标的符号变为“+”时,按住鼠标一直向下拖到B47单元格内,Excel自动计算出了每一个 对应的 值。
  3.选取A、B两列数据,依次点击菜单[插入]—[图表],即出现[图表向导]窗口,在[图表类型]中选择[X、Y散点图],在[子图表类型]中选择[无数据点平滑线散点图],点击[下一步],在相应位置输入图表名称、坐标轴名称,点击[完成]。接下来,我们可以对图表的绘图区、坐标轴和网格线等部分进行相应的修改,直至如图2所示。
  


  观察图2,我们可以发现 在28ο~30ο之间有最大值,可以用Excel的查找功能在数据区域找到精确值。或者在图像中直接用鼠标指向曲线的最顶端,此时在鼠标的右下方会显示相应的精确值。结果表明当=29°时,有最大值40.927m。
  
  二、“规划求解”法
  
  用上面的图像法求得的=29°和Xmax其实是一个近似解,利用Excel提供的“规划求解”功能则可以求出抛射角的精确解。Excel的“规划求解”允许我们根据目标函数及其约束条件自动调整多个变动因素,以期找到问题的最优解,从而方便地解决许多物理极值问题。下面仍以=15.0m/s,=25.0m为例,方法如下:
  在A1单元格中输入变量“ ”,在B1单元格中输入上文(3)式的表达式:“=15*15/(2*9.8)*(sin(2*A1/180*3.14)+SQRT(sin(2*1/180*3.14)^2+8*9.8*25/(15*15)*cos(1/180*3.14)^2))”,回车确定。
  “规划求解”功能在默认情况下是没有安装的,我们首先必须进行安装。选择[工具]菜单中[加载宏]选项,在安装提示下装入[规划求解](注意要插入安装盘)。也可以将安装盘中[Pfiles]—[Office]—[Library]下的[Solver]文件夹及其目录下的Solver.xla、Solvr32.dll复制到Office安装目录[Office]—[Library]下,然后加载即可。
  在[工具]菜单中选择[规划求解],在弹出的[规划求解参数]对话框中通过点击B1单元格,使[目标单元格]出现$B$1的绝对引址。鉴于我们要求解的是最大值,于是在[等于]中选择[最大值]。在[可变单元格]中通过点击A1单元格,使之在框内出现$A$1的绝对引址。在[约束]处按[添加],在随后出现的[添加约束]对话框中的[单元格引用位置]处点击A1单元格使之出现$A$1,在后面的框内选“<=”,“约束值”填入45,最后得到“$A$1<=45”。与之类似,添加约束条件“$A$1>=0”(图3)。
  


  最后,点击[求解]按钮,选[保存规划求解结果],按[确定]。我们在A1和B1单元格得到了29.306和40.928两个精确解,即当=29.306°时, 有最大值40.928m。
其他文献
摘要:软件定义网络(SDN)的虚拟化与网络切片能支持5G网络多元服务及业务模型,并在功能、性能和安全保护方面提供差异化的技术方案。第3代合作伙伴计划(3GPP)组织已经深入研究了网络切片并在各个方面对其进行标准化。介绍了软件定义5G网络的虚拟化与切片的发展情况,分析了其中潜在的安全问题与相应的解决方案,并对网络切片的安全研究方向和未来的技术发展进行了展望。  关键词:5G安全;网络切片;SDN;网
期刊
1997年,浙江省义乌市教育局规划建设首期教育网络工程,于1998年4月顺利开通全省第一家县(市)级教育网中心,实现与Cernet和Internet的互联。 1998年底,义乌市教育局又与省、市电信局联合开发建设了义乌市教育网二期工程,构建覆盖全市的教育计算机网络系统,实现“网上双向图像教学”、“网上教育图书馆”(后以“电子资源库”为主)、“教育行政管理系统”和“网上家教”等四大功能。
期刊
珠海市实验中学是2000年7月开办的一所高起点、高目标的完全中学。本校将信息化实验教学作为校园基础建设的重点,努力构建先进、高效、统一联动的校园网络平台,实现办公和教学工作的规范化、程序化,以及管理的自动化。
期刊
在信息技术课的教学中,以“教师引导,学生自主探索”、“以问导学”为方式组织课堂教学,不失为一种行之有效的教学手段。教师层层递进、环环相扣,有目的地引导问题的产生,而问题的发现及解决则是由学生自己来完成。在整个教学过程中,学生积极主动地探求新知,并非消极被动地接受,从而能够自然而然地激发兴趣及求知欲。  “解开我的‘为什么’之谜”课,特色之一是用“为什么”之问进行导课,具有很强的趣味性,对学生有很强
期刊
在小学阶段教学Internet应用的主要目标是让学生学会正确使用浏览器工具按钮,能够利用各种搜索引擎快速查找相关网站,掌握快速保存网页、下载网页中图片、文字的方法,并能进行基本的收发电子邮件的操作,进而培养学生良好、健康的上网习惯。教会学生有目的地进行筛选、整理信息是本次教学的重点。传统的教学方法是分门别类地讲解浏览、收发邮件等基本知识点,难免会让学生仅仅是为掌握知识点而学习,最终并不能够将知识点
期刊
笔者在网络环境下进行的英语阅读教学尝试,每周至少有一课时,在学校的网络教室(运用南京远志网络教学系统并可登录国际互联网)进行授课。阅读教学的内容多为当前的社会热点及学生感兴趣的话题。例如,WTO 相关知识、SARS相关文章、关于伊拉克的文章、关于中国传统节日的文章等。主要目的是让学生利用网络阅读最新、最近的英语材料,提高阅读速度、增加词汇量,并在网络论坛中进行协作学习。  搜集资料,建设适合实施阅
期刊
中小学信息技术课程教学的创新最终要体现在实践案例上。在此,我们特别精选出两个实践案例并加以点评。希望广大一线教师能够吸取这两个实践案例的优点,反思它们的不足,为自己的教学实践设计注入全新的理念。    案例一    利用搜索引擎 培养学生获取信息的能力  张 宏    一、教学设计    1.教学需要分析  信息素养不仅包括信息的获取、加工、传递、管理等基本技能,更重要的在于培养学生利用信息技术改
期刊
美萍上网监控管理系统是一套高性能的共享上网管理系统,不仅具有完善的代理服务器(Proxy)功能,而且还具有对客户机实施远程监控、权限管理、账号控制、网站限制、网站过滤、日志记录等功能。美萍上网监控管理系统是一款国人开发的共享软件,可以从http://dywgdd.yeah.net或者http://WWW.mpson.net.cn/mproxy21S.exe 下载得到。
期刊
摘要:接入认证是保障网络安全的基础。随着网络变得越来越复杂,认证机制逐步地将不同的参数分发、密钥产生、网络和接入场景等各方面纳入统一考虑,最终在5G中呈现出统一的认证框架。这使得5G网络可以为各种不同类型的终端提供安全的认证机制和流程。  关键词:5G;安全;认证  Abstract: Access authentication is the basis of network security.
期刊
平抛运动是物理教学曲线运动的重要实例,直接影响到我们对力与运动关系的理解,影响到我们对带电粒子在电场中偏转的认识和处理。笔者在用Flash打造平抛运动的频闪图片时,有意识地将平抛运动与自由落体运动和匀速运动相对比。    一、平抛运动的实现    平抛运动可以看成是水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动的合运动,即  水平方向: ;  竖直方向:   首先,确定平抛运动的对象。新建一
期刊