(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211345837.0 (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 陕西师范大学 地址 710064 陕西省西安市雁塔区长延堡 办长安南路199号 (72)发明人 王恒通　刘毅恒　盛文博　王嘉浩　 (74)专利代理 机构 西安佩腾特知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61226 专利代理师 曹宇飞 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G09B 23/12(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于Matlab GUI模拟落球法测液体粘 滞系数实验的仿真方法 (57)摘要 本申请涉及一种基于Matlab  GUI模拟落球 法测液体粘滞系数 实验的仿真方法， 其于Matlab   GUI开发的能够真实模拟落球 法测液体粘滞系数 实验过程， 可以根据不同直径小球匀速下落起点 探究模块能够确定小球在重力、 粘滞阻力以及浮 力三个力的作用体系下进入匀速下落状态的起 始时刻、 起始位置以及起始速度(匀速运动区间 的平均速度)， 且模拟过程精确， 学生可以直观地 看到小球下落的动态演示全 过程， 同时对液体的 温度、 液体所乘放容器的直径可以进行调节探索 实验结果变化规律， 加深了学生对实验内容的理 解， 避免了学生自主观察带来的误差， 让学生开 拓眼界、 扩 展知识。 权利要求书5页 说明书13页 附图6页 CN 115455868 A 2022.12.09 CN 115455868 A 1.一种基于Matlab  GUI模拟落球法测液体粘滞系数实验 的仿真方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： (1)利用MATLAB平台创建落球法测液体粘滞系数实验的运行界面， 构建图片数据库； (2)设置多个实验运行界面的切换以及多个实验仪器选择的切换； (3)实验器材模型建构； (4)结合液体粘滞系数和密度随温度变化的公式， 确定出实验小球下落速度和位移随 时间的变化以及实验小球在测量区间匀速下落所用的时间； 其中， η是液体的粘滞系数， Pa ·S； d为实验小球的直径， m； g为重力加速度， m/s2； ρ1为实 验小球的密度， Kg/m3； ρ2为实验液体的密度， Kg/m3； D为管径， m； l为实验小球起点到终点之 间的测量间距， m； v是实验小球的下落时的速度， m/s； s是实验小球下落距离， m； t为实验小 球匀速下落的测量时间， s； T为所测液体温度， K； m为实验小球的质量， g； v0为实验小球的收 尾速度， m/s； (5)根据步骤(4)的计算模型以及步骤(3)的实验器材， 建立从0开始的时间轴， 以实验 小球匀速下落的测量时间t为迭代变量， 利用Matlab平台实现实验小球动态模拟以及绘图 功能， 完成Matlab  GUI模拟落球法测液体粘滞系数实验的可视化仿真。 2.根据权利要求1所述的基于Matlab  GUI模拟落球法测液体粘滞系数实验的仿真方 法， 其特征在于， 所述步骤(2)设置多个实验运行界面的切换以及实验仪器选择的切换， 具 体操作为： (2.1)在当前需切换界面放置按钮控件pushbutton， 通过属性编辑器设置其显示文本 和按钮样式； (2.2)编写此按钮控件的回调函数， 结合需切换两界面的标签Tag设定其显示属性 Visible， 运行中保证一个场景加载， 其余场景禁用， 即实现多个实验运行界面的切换以及 实验仪器选择的切换。 3.根据权利要求1所述的基于Matlab  GUI模拟落球法测液体粘滞系数实验的仿真方权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115455868 A 2法， 其特征在于， 所述 步骤(3)实验器材建模， 具体包括： (3.1)游标卡尺、 螺 旋测微器、 秒表以及智能温控 装置二维模型的创建； (3.2)长管以及液体的三维绘制； (3.3)光电门仪器中实验测量区间的设置 。 4.根据权利要求3所述的基于Matlab  GUI模拟落球法测液体粘滞系数实验的仿真方 法， 其特征在于， 所述步骤(3.1)游标卡尺、 螺旋测微器、 秒表以及智能温控装置二 维模型的 创建， 具体为： 3.1.1)建立 面板， 在面板Panel上放置坐标轴Axes； 3.1.2)结合坐标轴的标签， 读取图片数据库中所需实验器材的二维图片文件， 在坐标 轴上进行展示； 3.1.3)在坐标轴对应位置叠放所需的按钮控件以及数值显示框， 通过属性编辑器设置 其显示文本和按 钮样式； 3.1.4)利用按钮的回调函数来控制 数显框中文本string的属性， 获取文本中的值， 根 据按钮功能， 对值进行调整， 将调整后的值重新赋到文本框中， 同时使用Matlab  if函数对 按钮可调节范围进行限制； (3.2)长管以及液体的三维绘制， 具体包括： 3.2.1)激活绘图功能， 在用户点击实验报告中 “平均值”按钮后， 标明绘制长管所需参 数已确定， 在该按 钮的回调函数中编写绘图程序； 3.2.2)利用Matlab  cylinder函数功 能， 生成半径为D/2的圆柱体的相关参数矩阵(x, y,z)， 据此利用Matlab  surf函数绘制长管和液体， 其中液体的颜色以及透明度通过设定其 “facecolor”、”facealpha ”属性实现； 3.2.3)利用Matlab  fill函数绘制管底， 再利用Matlab  fill3函数绘制液面， 完成长管 以及液体的三维绘制； (3.3)光电门仪器中实验测量区间的设置， 具体包括： 3.3.1)在长管一侧放置滑条控件， 在其属性中设定滑条可调节的上 限和下限， 进而确 定光电门测量区间上门的上限和下限， 并在滑条 上方放置读数显示框； 3.3.2)编写滑条的回调函数， 每移动一次滑块使其Value值显示在读数显示框中， 同 时， 利用Matlab  plot函数在长管对应位置 绘制上门和下门， 完成光电门仪器中实验测量区 间的设置 。 5.根据权利要求1所述的基于Matlab  GUI模拟落球法测液体粘滞系数实验的仿真方 法， 其特征在于， 所述 步骤(4)具体为： (4.1)传统实验数据采集： 液体的经验 粘滞系数随温度T变化模拟采用经验公式： 液体的密度随温度T变化的拟合公式为： ρ ＝C‑N·T 其中， ηjy为液体的经验粘滞系 数， Pa·S； A和B均为液体粘滞系数随温度变化经验公式 的特征常数； T为液体温度的温度， K； ρ 为液体的密度， Kg/m3； C和N均为液体密度随温度变化权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115455868 A 3