大摆角单摆“周期”变化的解析解及其实验应用

大摆角单摆实验由于忽略空气阻尼带来周期测量的系统误差.基于弱阻尼大摆角单摆的运动方程,推导了累计"周期"随摆次变化的解析公式,分析了"周期"随摆次减小的基本规律.结合实验数据分析,验证了将其用于大摆角单摆实验进行系统误差修正,从而通过累计测量减小随机误差的可行性.     

利用智能手机磁传感器研究单摆运动

本文基于Phyphox手机App,利用智能手机中的磁传感器(电子罗盘)研究磁性单摆运动.结果表明,不同最大摆角测量出来的磁感应强度随时间变化规律不同.只有最大摆角小于1.时,单摆才可看作简谐振动.不同最大摆角的磁感应强度随时间变化曲线可以用磁偶极子模型结合大角度单摆公式来描述.利用磁传感器测量的当地重力加速度为9.86...     

巧用智能手机拓展单摆实验

将智能手机运用在"非常规"条件下的单摆实验中,利用手机中的光线传感器,分别设计了单摆阻尼运动实验和测小摆长、大摆角时的重力加速度实验,拓展了常规单摆实验的内容.     

基于视频图像处理的单摆振动特性研究

针对目前单摆振动特性研究方法的不足,基于视频图像处理技术,提出了一种实验测量与数值计算相结合的方法来研究单摆的振动特性。该方法能计算出单摆摆长、位移、周期和最大摆角。绘制了单摆在几种任意摆角运动下的位移时间曲线,分析讨论了单摆周期随摆角的变化规律。与传统研究方法相比,该方法简单直观且计算精度高。     

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.     

用局部常化三倍角公式研究单摆周期

应用局部常化方法对三倍角公式进行局部常化处理,对一类非线性动力学方程进行了一种简洁的近似修正,得到精确度较高的大摆角单摆运动周期的两个新结论,同时用此结论推导出一个简洁的推论,并且用3种方法进行了具体比较.     

基于不确定度理论的大摆角单摆平均“周期”测量的最佳累计次数研究

由于空气阻尼的作用,测量大摆角单摆“周期”时,测量累计次数增加造成平均“周期”不断减小,在无阻尼实验设定下,系统误差随之增大而随机误差却因此减小.基于弱阻尼大摆角单摆的运动方程与“周期”计算公式,通过数值计算不同摆长与摆角下使不确定度最小的最佳累计摆动次数,发现如果进行单次测量,采用秒表测量时最佳累计摆动次数往往需要大于20次,采用光电门测量时,在不同的摆长和摆角下,测量次数往往也不止1次;而如果采用多次测量,则可以显著减小每次测量所需要的最佳累计摆动次数.采用计算所得最佳摆动次数测量可以将周期测量的不确定度减小到A类不确定度的√2倍.     

单摆周期的测量误差与最大摆角的关系

对于单摆的周期,用周期公式算出的理论值T_0与实验测定值T之间的误差,随摆角增大而增大,最大摆角一般应小于5°.为了全面了解单摆周期误差随摆角增大而增大的情况,必须深入探讨周期与最大摆角的关系.     

求大摆角单摆周期近似解的"局部常化"方法

建构“局部常化”的近似处理方法,对一类非线性动力学方程进行了一种简洁的近似修正,得到大摆角单摆运动周期的一个新结论,并且给出了精确度很高的三个推论,同时得到了第一类完全椭圆积分的一种简洁的近似公式．     

两个新的单摆周期公式

本文提出两个新的单摆周期公式与原有公式相比，它们都具有简单实用的优点．其中第二个新公式，还以简洁的方式表明了单摆周期与最大摆角间的函数关系，具有一定的理论价值．     

基于MATLAB的单摆周期近似解的比较

利用MATLAB计算软件,得出了无阻尼情况下单摆运动周期的精确解,并通过图示及最小二乘原理,对文献报道的十几个单摆周期的近似解与精确解进行了比较.     

用微元法推导无阻尼单摆运动任意角度下的周期公式

对单摆运动进行了讨论。通过对单摆进行能量分析,得出了单摆角频率与角度的关系式,然后运用微元法,推导出了单摆的理论周期公式。计算结果表明,所得到的单摆运动周期的理论公式与展开公式符合得很好。     

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.     

用动能定理讨论三线摆的扭转振动

建立了摆的动力学方程,导出了动能定理的微分表达式和积分表达式,用MATLAB软件编程画出了转动动能、平动动能与角坐标间的关系曲线,分析了平动动能对振动周期的影响。     

单摆周期有上限吗

讨论了单摆作微小振动时的周期与摆长的关系,给出了单摆作微小振动时周期的上限,并与几种常见的力学现象进行了比较。     

从机械能守恒的角度推导单摆简谐振动的周期

本文给出了利用基本的物理原理结合高等数学公式的方法推导单摆做简谐运动的周期公式,可以简明扼要地理解单摆简谐运动的过程.     

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。     

利用单摆测重力加速度时的最大摆角的再讨论

根据误差传递理论和误差合成方法确定了单摆测重力加速度时的最大摆角．     

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。