基于PASCO系统的混沌摆实验

基于PASCO系统研制了受周期外力驱动的混沌摆实验仪,调节混沌摆系统的参量可演示非线性动力学特征行为,描绘了无驱动及有驱动下的系统相位图,并分析了初值敏感性、奇异性(奇异吸引子)现象.应用混沌摆的动力学方程,进行Matlab仿真实验.实验结果表明:混沌摆实验系统动力学的性质依赖于振动频率值,系统驱动振幅必须大于一定阈值是混沌相出现的必要条件.     

不同材料全等形摆的演示与分析

本文给出系列易加工的不同材料的全等形摆的实验演示规律，对全等形的圆环（圆弧）摆、偏心柱摆等几种特例进行了实验演示测量并与理论进行了对比分析．     

“砂摆”实验的改进

利用砂摆演示简谐振动图像简单、直观，易于为学生接受，但存在如下缺点：（1）砂摆形成的图像板只能水平放置，学生不易观察；（2）由于砂摆的质心位置不断变化引起摆长相对变化，进而影响到周期的变化．为解决上述问题，对这个实验做了如下改进：（1）用少儿写大字用的水写纸替代木板；（2）用静脉输液用的一次性废输液管替代摆线，让输液管穿过摆球中心孔后，上端插入盛有适量水的输液瓶的皮塞上，并将输液管的调节间调节适当，使下端针头有水持续流出，其余装置和操作与用砂摆演示相同．改进后实验有如下几个优点：（1）图像可以举起让…     

傅科摆模拟演示装置的研制

介绍一种傅科摆模拟演示装置．该装置具有体积小、操作方便、演示效果显著、演示时间短、摆振动平面的偏转周期可人为控制以及对摆锤的运动轨迹可作永久记录等优点．     

用摆演示刚体的平动和平面平行运动

设计了2种摆来分别演示刚体的平动和平面平行运动,并比较了在2种不同运动形式下摆的周期.用拉格朗日方程得到了两摆周期的表达式,通过比较二者的拉格朗日函数,分析了两摆周期不同的原因.     

倒摆运动的混沌行为

设计一个受周期外力驱动的倒摆实验装置,并建立该系统的动力学方程,用线性稳定性分析方法讨论了平衡点附近邻域的稳定性,利用数值计算并结合多种分析方法求解非线性方程并判断解的性质．通过改变系统参数,画出时域图、相图及分岔图,计算分析和实验发现,这个简单的力学系统存在十分丰富的动力学行为（分岔、混沌）．理论分析、数值模拟和实验结果一致．     

单摆振动定律教学的改进

教材中,关于单摆振动定律的教学,首先通过演示来得到:1)单摆振动的等时性,2)振动周期跟摆球的质量无关,3)振动周期跟摆长的平方根成正比;其次,介绍从理论上得到并由实验证实的结论,振动周期跟重力加速度的平方根成反比;最后提出惠更斯研究确定的关于单摆振动周期的公式:     

利用等值单摆长研究漏摆周期的变化规律

利用等值单摆长,考虑漏摆尺寸对周期的影响,推导了圆台形漏摆的周期随流体下落高度变化的规律.发现当液面下降时,漏摆的周期先增大,达到极大值后再减小;漏摆内流体密度越大,周期最大值越大.推导方法可以推广至其它旋转体,比如圆锥体、圆柱体等.利用级数法分析表明漏摆的周期变化主要由其自身性质(摆长、摆锤尺寸等)决定,当摆长远大于摆锤自身尺寸时,漏摆质量变化的影响可以忽略,可以用作单摆等周期运动的演示.最后实验验证了圆台形漏摆周期随高度的变化规律,与理论推导结果一致.     

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.     

一种非线性动力学系统混沌现象的深入研究

本文在实验教学中引入一种非线性混沌摆系统,通过调节混沌摆的驱动力周期演示了该非线性动力学系统出现混沌现象的过程,从而让学生了解混沌现象的参数敏感性、相图特点、频谱特性等基本特性.为了进一步了解该混沌摆的特性,本文建立了该非线性摆系统的简化动力学方程,在数值上对其进行了研究.基于动力学方程的数值模拟,克服了实验上相关参数定量改变困难、摆动稳定性不易控制、实验时间周期长等问题.在数值模拟中,通过改变不同参数得到了相图、频谱图以及分岔图,比较深入详细地对这种混沌摆的相关特性进行了描述,也有利于学生加深对混沌摆的理解.     

基于编码器的复摆设计与实验研究

针对复摆实验,设计了一种基于编码器的复摆实验装置。该装置将摆锤和多孔摆结合起来,可以采用多种方式对重力加速度、转动惯量进行求解,并验证了刚体的平行轴定理。在实验过程中,采用Matlab进行最小二乘法线性拟合,创新性地完成了对重力加速度的求解和平行轴定理的验证。实验结果表明,相比于传统的复摆,该装置更为简便,精度更高。     

组合式摆动实验仪的研制

介绍一种组合式摆动实验仪,它可以将三线摆、两线摆、扭摆和单摆这四种实验仪器巧妙组合在一起,成为一种新的实验仪,具有一台实验仪测量多种摆动的功能,可以实现多种物理量的测量以及对不同摆动规律的研究,有效节约购置仪器成本。     

可变摆长的单摆运动的MATLAB仿真

文章对可变摆长的单摆运动进行了详细的理论分析和推导,并根据不同的摆长将运动分成八种情况。     

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.     

可倒摆实验物理机理研究

建立可倒摆实验的物理图像，分析基目标函数图线形成机理与控制参量的影响，明了可倒摆实验物理机理，促进实验物理中的创造性教学。     

激光单摆演示仪的研制与应用

设计的激光单摆演示仪是利用霍尔传感器测量摆球的摆动周期,通过演示仪底盘上的小型激光器可观测摆动面的偏转,将计时、计数、测角等功能合为一体,有效摆动时间内能够分辨出地球的自转现象.     

The Casimir atomic pendulum

We want to introduce an atomic pendulum whose driving force (torque) is due to the quantum vacuum fluctuations. Applying the well-known Casimir-Polder effect to a special configuration (a combined structure of an atomic nanostring and a conducting plate), an atomic pendulum (Casimir atomic pendulum) is designed. Using practically acceptable data corresponding to the already known world of nanotechnology and based on reasonable/reliable numerical estimates, the period of oscillation for the pendulum is computed. This pendulum can be considered as both a new micro(nano)-electromechanical system and a new simple vacuum machine. Its design may be considered as a first step towards realizing the visualized vacuum (Casimir) clock!     

黄金分割法在物理实验中的应用--金割效应物理摆

“金割效应物理摆”是应用黄金分割法对物理摆进行研究的自制教学仪器,使用它可以进行物理摆周期极小值的测定等实验内容,实验装置采用计算机实时数据采集和处理等技术手段,教学效果更加理想。