攻克物理難關「螺旋運動」!用3D圖表飛出課本世界(Grapher・GeoGebra)
「我是科學教練桑子研。生活中處處是實驗。」
逐家好!物理課本內底「彼張圖」,你敢毋是定定想欲予伊佇腦袋內底立體噉轉起來?佇紙面頂看起來干焦是一圈一圈的線,若是咱換一个角度來看,其實內底藏著真媠、閣真有活力的大自然規則。
這擺,咱毋免特別的專業知識,嘛毋免開大錢買軟體!欲教逐家按怎用 Mac 內底「藏起來的神級軟體」,來共物理最難搞的「螺旋運動」一擺看透透。進前,先來這个網站予腦袋想像一下螺旋運動的模樣。

巷子內的人才知的 Mac 最強工具:Grapher
你敢覺得欲做 3D 圖表一定愛寫複雜的程式,抑是愛用專業的分析軟體?其實,只要你是用 Mac 的人,電腦內底早就送你一个免錢閣強大的軟體,伊的名字就叫做:Grapher。
可惜知影的人無濟,但是這台機器真正好用,只要共數學公式輸入去,一目仔久就能畫出真媠的 3D 圖表。這擺咱欲挑戰的,是高中物理電磁學上愛考的「帶電粒子螺旋運動」。當一个粒子擗入去磁場的時,會受著一种叫做「勞侖茲力」的神奇力量,予粒子一爿畫圓、一爿向前行。
這个運動其實就是天頂「極光」的原理喔!對太陽飛過來的帶電粒子,予地球的磁場搝牢咧,綴著螺旋路徑走去南極抑是北極。佇這个過程當中佮大氣撞著發出來的光,就是咱看到的極光。
毋過,這个螺旋運動是學生的惡夢。因為這是 3D 立體的空間,只看紙頂的圖面真正足難理解。這个時陣,3D 圖表就是咱的救星啦!
干焦用公式,就能做出「會振動的物理」
做好以後的樣貌就親像按呢,予伊轉來轉去真正足好看。
Grapher 上厲害的地方,就是公式直接輸進去就好。這次控制螺旋運動的「咒語」就只有這幾句:
輸好、揤一下,螺旋運動立刻就出現矣。

原理其實足簡單。x 方向(前進的方向)等速郁動(x=0.2t),y 佮 z 方向用 sin 佮 cos 搭配。按呢粒子就會一爿走、一爿繞圓圈,「螺旋」就按呢完成矣。畫出來以後,滑鼠揤咧就能隨便你換角度看。
對斜斜的角度來看,全盤掌握!
對正前方(x軸)看過去,就是一个完美的圓運動!

對側爿看,是固定節奏前進的 sin 曲線!

對頂頭看落去,就是固定節奏前進的 cos 曲線!

另外,佇瀏覽器就能用的「Geogebra」嘛足推薦。Geogebra 同款輸入公式就能畫圖,當作咧畫圖嘛足趣味。


下跤是別位老師做的,閣較詳細,真正足讚:
「charged particle in magnetic field」https://www.geogebra.org/m/afphxyqj

參數嘛會使調整,按呢就能設定成你上好理解的螺旋運動,閣會使對各个方向看透透。

若對頂頭看落去……

按呢逐家感覺怎樣?我當初發現這个功能的時陣真正足驚訝,足感謝做出遮軟體的人!予數學佮物理變真簡單。現此時的科技真正足利便!
換一个視角,理解就變簡單
解物理題目的時陣,上重要的就是「多角度觀察」。3D 圖表轉來轉去,予你視覺上看清「愛對佗位切落去考慮」,公式的意義自然就通矣。
物理學是解開「世界規則」的學問。有 Grapher 遮爾好用的工具通共規則視覺化,逐家一定要來試看覓。不管數學函數抑是物理現象,攏共伊畫做 3D 耍看覓,保證予你原本黑白的課本世界,變成彩色的!
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