三体问题模拟
数学 · 三体问题 · 高中
关于这个模拟实验
两个天体在引力作用下运动有精确解:每一个都描出一条圆锥曲线,而且你可以写下它们在未来任意时刻的位置。三个天体遵循的是完全相同的定律,却没有这样的通解。特殊情形是存在的——“8”字形编舞轨道和拉格朗日三角形都是真实而精确的轨道——但它们十分脆弱:只要稍微改动一个质量,运动就再也不会重复了。学生可以改变天体 1 的质量和天体 2 的质量,并比较结果的变化。可用于与高中一起开展数学探究,投影演示或让学生各自使用设备均可。
课程标准: Common Core CCSS.MATH.CONTENT.HSF.IF.B.4, CCSS.MATH.CONTENT.HSF.IF.C.7
学生可以探索什么
- 运行“8”字形轨道,然后把其中一个质量增加百分之几,看着图样破裂
- 把能量读数与轨迹对照:轨道变得无法预测,总能量却没有
- 搭出拉格朗日三角形,检查它旋转时三个间距是否始终相等
- 用太阳-行星-卫星的设置,看看为什么有层级的轨道能保持稳定,而拥挤的系统却做不到
学习目标
- 1预测改变天体 1 的质量会如何影响1 与 2 之间的引力,然后验证这个预测。
- 2利用实时计算和可视化图像提供的证据来解释结果。
教师常问的问题
三体问题模拟实验免费吗?
免费。用现代浏览器打开三体问题模拟实验即可,无需下载,也无需注册。
它适合高中吗?
该模拟实验内置覆盖高中的学习难度预设。选择与你班级相符的难度,然后投影演示或让学生在自己的设备上使用。
嵌入这个模拟实验
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转动转盘、抛硬币或掷骰子,同时观察两组柱形:图形所预测的概率,以及你实际得到的结果。转十次说明不了什么;转上几百次,两者就几乎难以区分了。
输入任意函数,立刻看到它的形状。最多可以用三种颜色同时画三条曲线来比较,拖动追踪点从曲线上读出数值,并看看每条曲线在哪里穿过零点。
用一条条竖条去近似曲线下的面积,并选择每条竖条如何取高度:左端点、右端点、中点,或者一条倾斜的顶边。增加竖条数量,看着误差下降,同时累计和被单独画成一条曲线。
移动 m,看直线如何倾斜;移动 b,看它如何上下平移。或者拖动直线上的两个点,读出它回写给你的方程。一段“上升比水平”的阶梯沿着直线往上爬,让斜率变成可以数出来的东西。
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从模型到记录
为这个模拟实验搭配一份可打印工作表
学生探索之后,用工作表记录他们的预测、观察和解释。
Addition word problems - up to three digits
Subtraction word problems - up to three digits
Subtract numbers up to three digits: word problems
Add three numbers up to three digits each: word problems
Add two numbers up to three digits: word problems
Add three numbers - word problems
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