利用手机加速度传感器探究竖直方向弹簧振子运动

研究开发了基于手机加速度传感器的竖直方向弹簧振子实验.使手机随着弹簧振子上下振动,利用手机加速度传感器软件得到弹簧振子做简谐振动以及阻尼振动的加速度变化图像.通过分析简谐振动加速度变化图象得出弹簧劲度系数、重力加速度;通过分析阻尼振动加速度变化图像得出弹簧振子做阻尼振动的加速度方程.     

三维弹簧摆的内共振特性分析

通过理论推导和MATLAB数值计算分析了三维弹簧摆的内共振特性,发现在一定条件下,三维弹簧摆在水平面内投影的运动可以近似为不断偏转的线段.通过分析三维弹簧摆在水平面内投影运动的极角,发现其在一段时间内在某一定值附近变化不大;在微振动情形下,极角的变化值与初始条件的变化满足线性关系.     

弹簧振子振动图像演示装置

为了清晰地展示弹簧振子的振动图像,自制了弹簧振子振动演示装置。该装置利用弹簧和小球作双弹簧振子,在小球上连接输液管,并用注射泵控制输液管中的液体流速,当弹簧振子振动时可以留下运动轨迹;实验采用有机玻璃板或白纸呈现运动轨迹,利用电动机控制并保证有机玻璃板或白纸做匀速运动。通过以上改进可获得弹簧振子振动时的位移随时间变化的函数图线.     

利用DISLab进行弹簧振子简谐运动实验条件的研究

利用DISLab研究弹簧振子简谐运动中力和位移随时间变化的关系,发现弹簧在振动过程中回复力存在滞后现象.本文通过设计实验,研究了弹簧的劲度系数、振子质量和振幅对回复力滞后的影响.     

弹簧质量对振子振动频率的贡献

本文用试探法求解微分方程，得悬挂在竖直弹簧下面的振子的振动频率ω与振子的质量ｍ、弹簧的倔强系数ｋ及弹簧质量ｍｓ的关系为一超越方程：ｃｔｇｘ＝Ｘ，式中ｘ＝ω．若把Ｍ＝ｍ＋Ｂｍｓ理解为振子的等效质量，则Ｂ倍的弹簧质量和振子质量一起对振子频率有贡献．弹簧质量因子Ｂ随比值不同而变化，变化范围为1/3～4/π~2．     

利用智能手机测量弹簧劲度系数与重力加速度

利用智能手机中多种传感器进行竖直方向弹簧振子实验.在振子上安装自制光源或弱小轻磁铁,将手机水平放置在弹簧振子正下方,利用手机光线传感器软件或磁传感器软件得到弹簧振子做简谐运动时手机所在位置的光强或磁场强度变化图像.通过分析简谐运动光强或磁场强度变化图像可分别得出弹簧的劲度系数与当地重力加速度.     

竖直振动弹簧的质量对振动周期的影响

对竖直振动的弹簧系统进行了理论分析,得出振动频率与弹簧自身质量及振子质量的关系满足tan(√m1/kω)√m1/kω=m1/m2,在弹簧的固定点用力传感器对力的变化进行了测量,实验结果与理论分析相一致.     

一种超材料梁对机械波振动吸收的模拟研究

本文设计了一种能够对机械波进行吸收的超材料梁,超材料梁由若干质量-弹簧微结构系统和一根各向同性梁构成.通过对两种不同结构的质量-弹簧系统的分析,从理论上解释了"负有效质量"和"负有效刚度".根据Hamilton原理,导出了超材料梁的代表性胞元的控制方程.通过数值模拟分析了两种不同结构的有限超材料梁对机械波的吸收性能,一种是弹性系数线性变化的质量-弹簧系统在有限梁内均匀分布,另一种是由固有频率线性变化的弹簧-阻尼器子系统构成四个相同吸收器子群在有限梁内均匀分布.模拟结果表明,进入梁中的机械波与质量-弹簧振子 关键词： 超材料梁 负有效质量 负有效刚度 机械波     

圆台形弹簧质量对振动周期的影响

在考虑弹簧本身质量的条件下,采用能量法分析圆台形弹簧系统的总动能.通过引入形状函数导出有效质量系数的精确表达式.其有效质量系数的变化范围为1/5~8/15.     

轻绳、轻杆、轻弹簧作用下的圆周运动

 轻绳、轻杆、轻弹簧的“轻”就是质量可忽略,重力不计。三者中各处的受力相同,均为理想物理模型。三种模型又有诸多不同--通常认为轻绳不可伸长但可松弛,轻杆长度保持不变,二者对物体的弹力都能发生突变。轻弹簧在弹性限度内,其长度随受力的变化而变化,但对物体的作用力不能发生突变。下面通过例题分类说明轻绳、轻杆、轻弹簧作用下的圆周运动。     

焦利氏秤的弹簧为什么做成锥形

焦利氏秤是一种精细的弹簧秤,具有较高的测力灵敏度,常用于测量微小的力。由于这种特殊性能的要求,必需考虑其弹簧本身的重量。因为在弹簧自重的影响下,各弹簧圈所受的弹力将随所处的位置而变化,越靠近弹簧秤上端的弹力也就越大,而这一变化的弹力又将对各弹簧圈产生不同的形变效应。为改善自重对形变的这种影响,增大弹簧秤的最大负荷,一般是将其弹簧做成锥形。现就这个问题作如下讨论。     

弹簧腐蚀过程中的浸渐不变量

本文通过回顾历史上物理学家关于热现象的浸渐过程、力学振动的浸渐现象、磁矩的浸渐不变量、磁通的浸渐不变量和电磁振荡电路中的"浸渐不变量",来探讨弹簧缓慢腐蚀的情况。从日常生活中弹簧劲度系数变化的现象出发,先建立一个理论模型:单摆摆长缓慢变化。用经典物理的方法,功能原理和微小运动过程的数学处理得出结果,其能量E与摆长L满足:■为常数,即E与频率ν的比值为一常数。然后用单摆和弹簧振子振动频率的相似性进行类比给出了结论:弹簧腐蚀过程中的能量量子化,劲度系数缓变时,■是不变量。     

受不稳定约束弹簧摆运动的研究

利用拉格朗日方程建立了受不稳定约束弹簧摆运动的动力学方程,运用Matlab软件进行数字模拟,描绘了受不稳定约束弹簧摆坐标随时间变化的演化曲线、运动轨迹、运动相图,分析了其运动情况,得出了更为直观的运动规律.     

自制竖直弹簧上小球的运动实验装置

用实验室原有的量筒、 弹簧、 金属球、 塑料球、 玻璃棒等自制竖直弹簧上小球的运动实验装置, 观察、 思 考、 分析其运动过程中力、 加速度、 速度、 动能、 重力势能、 弹性势能等的变化, 找好转折点, 总结其规律     

基于光电转换原理测量流体压强的微小变化

设计并制备了一种通过光电转换的方法测量流体压强微小变化的新装置.将被测量的流体压强变化量转化为弹簧的位移量,再通过硅光二极管将弹簧的位移量转变为可测量的电信号.利用胡克定律,光强与距离的关系式,以及硅光二极管的光电响应关系式推导出流体压强微小变化的关系式,通过集成运算放大电路实现装置转换成可视化读数,能满足对流体总压及其微小变化的测量.压强测量的最小精度为6 Pa,满足对流体压强微小变化测量的要求.     

对称非线性弹簧振子的周期特性

通过计算机编程(Quick Basic)描绘对称非线性弹簧振子振动的特性曲线,使难懂的物理过程变得直观、形象。对称非线性弹簧振子的振动是一种周期性振动,但不是严格的简谐振动,其振动周期随非线性系数、振幅的变化而偏离简谐振动的周期。     

弹簧串并联特点及应用

讨论了弹簧在进行串并联以后性质的变化情况,通过对实际问题应用的分析,使学生明白弹簧的串并联有时只是形式上的串并联,在具体分析题目的时候一定要根据实际情况,灵活处理,切忌乱套公式.本课题的研究可以较好地培养学生分析问题、解决问题的能力.     

利用视频分析软件Tracker分析弹簧振子的运动规律

弹簧振子的运动是典型的简谐运动,根据现有的实验条件,创设怎样的学习场景,帮助学生有效地进行实验观察、记录并描述其运动规律,尤其是弹簧振子位置随时间变化的关系是正弦函数,这既是重点也是难点.在课堂上用手机的高速摄影功能对实验过程进行记录,再用视频分析软件Tracker进行弹簧振子位置的跟踪、记录和图像拟合,是突破这一难点的有效方案.     

受迫振动中的能量转换

振动系统在周期性的策动力F=F0cosωt的作用下,其稳态受迫振动为x=Acos(ωt ),和无阻尼自由振动位移变化完全一样,但是系统的总能量一般并不守恒,动能和势能在一个周期内的平均值Ek和Ep一般也不相等,为什么会有这种情况呢?受迫振动的能量转换是如何发生的呢?下面我们以弹簧振子的受迫振动为例来说明这个问题. 设一弹簧振子在策动力F=F0cosωt的作用下作稳态受迫振动.弹簧振子重物的质量为m,运动中所受阻力为-γυ,弹簧的倔强系数为k,其运动微分方程为其中:大家知道,方程(l)的稳态解为上式中稳态受迫振动初相。随策动力频率。变化情况见图…     

弹簧质量对振子振动周期影响的实验研究

通过对有弹簧质量弹簧振子的振动实验,分析研究弹簧振子振动周期与弹簧质量的关系,并提出"轻质弹簧"实验中的振子质量与弹簧质量关系.