自制教具全面探究单摆问题

"单摆"是人教版普通高中课程标准实验教科书《物理·选修3-4》中第四节的内容;探究单摆做简谐运动的周期的影响因素和利用单摆测定重力加速度是本节课堂教学的重点.按照原有的实验方法只能简单地对周期T的影响因素进行探究.然而单摆知识不仅有丰富的内涵,而且应用情况复杂多变,涉及不少的知识和问题.在高中物理中,从纵向看,单摆问题既有力学知识的延伸、再现,又有力学规律     

单摆链上的孤子波演示

从扭转弹性棒上的单摆链导出了SineGordon方程,该方程有孤子解.用橡皮筋和大头针制成的简单单摆链机械系统,可演示SineGordon方程的孤子波.     

用单摆测重力加速度实验中单摆周期的测定

对用单摆测重力加速度实验中单摆周期的测定进行了研究,给出了一种基于电子秒表的自动测量单摆周期的可靠装置,改进了传统单摆周期测量的不足,提高了测量单摆周期的精度.     

自制单摆振动图像描绘实验仪

为获得简谐运动的清晰图像,自制了单摆振动图像描绘实验仪.实验将带有放电针的单摆与高压脉冲的电极相连,在单摆下方放置一匀速运动的纸带,当单摆振动时,由尖端放电原理可知,在纸带上将描绘出单摆振动的图像.     

大学物理教学中对大角度单摆的介绍

大学物理的教学在简谐振动部分介绍了小角度单摆,但没有介绍摆角较大时单摆的运动.利用Matlab研究了大角度的单摆运动,得到了大角度单摆的运动曲线,曲线表明,尽管摆角较大时单摆不再做简谐振动,但其运动曲线看似余弦曲线,且具有一定的周期性;文章给出了小角度单摆的相图及其与实际摆动的对比动画;对大角度单摆运动的相图进行了分析,说明在摆角较大时单摆的运动将不同于简谐振动而更加复杂.在此基础上,探讨了如何把所得结论引入到大学物理教学中,以加深和拓展学生对单摆运动的理解.     

单摆的振动图像演示装置

用电火花计时器作单摆的高压电源,使单摆的针尖和铜片间产生火花放电,并且在单放机带动而做匀速直线运动的纸带上产生放电点迹,形成单摆的振动图像.根据振动图像探究单摆的振动周期与振幅、摆长和摆的质量是否有关.     

单摆运动的实时测量

对传统单摆装置进行改进,在摆球上安装小金属探针,用软导线做摆线,在单摆下方放置带电水槽,使单摆摆动时探针在水面划动,将振动量转化为电位量,实现了单摆振动的实时测量.     

影响单摆实验的因素及改进方法

用单摆测定当地的重力加速度和单摆振动定律的验证,很容易做.下面谈谈影响单摆实验的几个因素及其解决方法.1 用单摆测定当地重力加速度 可见,g的测定主要取决于l和T.因此,为了提高实验的精度,在测量过程中必须注意以下几个方面.     

用单摆测重力加速度的改进

1 实验概况 由单摆振动周期公式可得,所在地重力加速度由公式 实验中单摆不可能完全符合单摆模型的要求.为了减小各种不符合因素对单摆周期的影响,常规的学生实验总要求轻质细绳的长度超过1m.球形重物(摆球)直径小于1cm,摆角小于5°.     

单摆周期公式的来源和推导

本文介绍了单摆周期公式发现的历史,并提供了一种较简单的、接近惠更斯时代知识背景的推导方法. 一 问题的缘起 我们在上《单摆》这一节课,讲到《单摆振动的周期》这部分时,一般用实验演示单摆振动的周期与振幅、摆长、摆球的质量、重力加速度的关系.     

红外微位移传感器在测重力加速度实验中的应用

用单摆测量重力加速度是大学普通物理实验中的一个基础实验,测量的核心问题是如何精确的测量单摆周期,常有秒表法、光电探测器、霍耳位置传感器等方法.这些方法各有优缺点,但无法测出单摆在摆动过程中的运动情况.本文设计的基于红外微位移传感器的精密测量装置,不仅可以对单摆周期进行精确测     

基于LabVIEW的单摆振动图像的探究实验

针对传统实验的不足,结合数据采集和虚拟仪器测量技术,开发了基于LabVIEW的单摆振动图像的探究实验装置,实现了单摆振动图像的绘制、单摆周期的测量和当地重力加速度的计算,直观地展示了单摆振动图像,提高了可视化效果和测量精度,降低操作难度,并将单摆振动图像演示实验和用单摆测定重力加速度实验进行了整合,提高了测量效率.     

利用力传感器测量单摆周期

由于单摆摆线张力水平分量TH的周期与单摆的振动周期一致,因此,利用力传感器采集TH随时间变化的数据,经相应处理可得单摆的周期.该方法操作简便,精确度高,实验重复性好,易于在中学物理实验教学中实施.     

利用机械能守恒求解非惯性系单摆的振动周期

由于不同的非惯性系具有不同的加速度,导致单摆在不同的非惯性系中具有不同的振动周期,所以有必要掌握非惯性系下单摆振动周期的计算.基本的计算方法是利用非惯性系动力学方程,结合受力分析求解,但这种方法既要考虑惯性力,又需要进行力的分解,比较麻烦.本文通过引入惯性力势能,给出非惯性系机械能守恒定律,并利用机械能守恒定律对处于特定非惯性系中的单摆周期进行分析计算,得出非惯性系中单摆的振动周期不仅与单摆自身属性有关,而且与非惯性系的运动加速度或角速度有关的结论.     

微型自由电子激光电子运动特性分析

作者曾首次提出以铁电单晶表面势代替摇摆器磁场的自由电子激光新机制.本文从单电子的洛仑兹方程出发,对电子的单摆方程,共振行为进行了研究,获得了第j个表面势共振态的增益公式.单摆方程和文献[1]中从能量方程得到的一致,本文的研究充实了文献[1]的论据。     

单摆近似周期的新形式及构造分析

通过对比单摆严格周期的级数展开式,给出了一个新的单摆周期近似公式及其修正形式.在振幅小于114°(136°)的范围内,近似公式(修正形式)的计算结果相对于严格周期的数值计算结果相对误差小于1‰.同时,对单摆近似周期的构造进行了分析.     

单摆非线性特征的研究

通过实验精准地测量了大摆角情况下单摆的摆角与周期,同时利用Matlab软件,求解了非线性的单摆动力学方程.理论模拟与实验测量的结果进行对比分析,证明了大摆角单摆具有典型的非线性特征.     

非惯性系中单摆周期研究

 高中物理“单摆”的考查重点是单摆周期的计算,其中尤以在匀变速运动系统中的单摆周期的计算为难点。传统方法是求出单摆的等效重力加速度ｇ′,代入周期公式Ｔ=2πｌ/ｇ′即可。而等效重力加速度ｇ′的求法是:先确定单摆在系统中的平衡位置,然后求出平衡位置时摆线对摆球的拉力Ｔ′,最后确定ｇ′,ｇ′=Ｔ′/ｍ,ｍ为摆球质量。上述方法能有效地解决问题,但其物理意义不明显。本文拟从动力学角度出发,在非惯性系中讨论此问题。首先就一般情况,得出一个普遍适用的公式,然后对几种特殊情况加以分析。1.沿倾角对α的斜面匀加速上滑的非惯性系实例:放在沿斜面匀加速上滑的小车中的单摆。     

利用量纲分析从弹簧振子的能量直接推导单摆的能量

水平放置的弹簧振子是有关教材中讲解简谐运动的常用例子,该系统具有弹性势能和动能,其能量随时间及振幅变化的特点常被用于代表简谐振动。单摆是另外一种作简谐振动的例子,单摆具有重力势能和动能,从弹簧振子的能量公式并不能直接导出单摆的动能及势能等表示式。为解决这一问题,本文从弹簧振子的能量表示式出发,根据量纲分析,推导出了作简谐运动的单摆的能量表示式。对比利用量纲分析得到的结果与直接从单摆计算得到的结果,可以发现它们完全一致。     

单摆周期的数值计算

单摆在小振幅情况下可近似看作简谐振动,根据其振动的微分方程,可以直接获得单摆振动的周期.本文用数值方法,计算了一般情况下单摆的振动周期,并与小振幅近似的结果作了比较.