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.     

气垫导轨上弹簧振子阻尼振动的数字化实验研究

对传统的气垫导轨上弹簧振子的简谐运动和阻尼振动的实验进行改进,同时利用DISLab位移传感器测量数据并结合MATLAB软件进行数据处理,能够方便精确地计算弹簧的弹性系数以及滑块与导轨间的阻尼常量,从而实现了物理实验的数字化。     

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.     

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.     

用光电计时器做简谐运动演示实验

利用光电计时器记录弹簧振子经过已知点的运动时间,由实验数据画出振子的位移-时间图像,即得到简谐运动的图像,并应用该原理制作了演示简谐运动图像的装置.     

信息技术在物理教学中的有效应用——以简谐运动的教学为例

人教版教材高中《物理·选修3-4》简谐运动一节中关于弹簧振子的位移随时间振动图像的获取一直是传统课堂教学的难点,而随着信息技术不断发展,在课堂中运用数字传感器或视频处理技术与实验结合呈现弹簧振子的振动图像,并与标准的正弦函数比对,使得实验的数据与结论高效直观的形式呈现,突破了传统教学的难点,提高了课堂的效率.     

利用手机研究简谐运动

利用IOS平台上Sparkvue软件,将iPhone手机应用到弹簧振子和单摆的周期测量实验,在手机屏幕可实时显示测量图像.     

简谐运动图像描绘仪的改进

针对利用电火花打点计时器研究弹簧振子简谐运动中存在的问题,进行了逐一地分析和改进,改进后的实验仪通过霍尔继电器模块可以实时、直观、准确地描绘出4种典型振动图像,同时通过改变弹簧振子的质量获得不同振动周期的图像.     

弹簧参与的微小振动一定是简谐运动吗

振动和波动是生活中的一种非常普遍而重要的运动形式,其中简谐振动是最简单、最基本的运动,弹簧振子是研究简谐运动的最基本模型.在研究弹簧参与的微小振动时,部分学生不能很好的判定弹簧参与的微小振动是否为简谐运动.本文讨论了系统作简谐运动的充要条件,并通过4个具体例子详细分析了弹簧参与的微小振动.     

用DIS验证简谐运动中的机械能守恒定律

利用DIS验证了竖直方向做简谐运动的弹簧振子的运动规律,并探究重力势能、动能、弹性势能3种能量随时间的变化关系,进而得出机械能守恒定律.     

描述简谐运动轨迹实验的改进方案

针对人教版选修教材中简谐运动实验中的不足,对该实验装置进行了改进.改进后的实验装置在弹簧振子两端加2个滑环,并用铁丝穿过滑环,以防止弹簧振子在振动过程中旋转,且可以减小摩擦;同时又用磁性笔代替绘图笔,由慢速电机(旋转可调)牵引磁性黑板,以实现描述弹簧振子的运动轨迹的目的.     

利用智能手机研究气垫导轨上的阻尼振动

在气垫导轨上探究弹簧振子的阻尼振动实验中, 一般采用半衰期法来测量黏性阻尼常量. 而半衰期通 常是依靠肉眼判断半衰点并利用手动控制电子秒表来测量的, 这种方法不仅误差大而且不易操作. 利用智能手机 传感器和S P ARK v u e软件, 通过绘制弹簧振子的“ 加速度 时间”图像来测量黏性阻尼常量, 既提高了实验精度也增 强了实验的可操作性     

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。     

利用运动传感器研究耦合振子的运动规律

弹簧振子模型是实验中常用的振子模型。以轻质弹簧和小车构成耦合弹簧振子,利用运动传感器对此耦合振子模型在不同运动模式下的运动情况进行了观测。同时,对这种耦合振子在相应周期性强迫力下的运动情况进行了数值模拟。数值模拟结果表明,轻质弹簧和小车构成的模型能够比较理想地模拟耦合振子的振荡情况。     

基于SPSS的弹簧振子实验数据处理研究

基于数理统计的方法,利用SPSS软件对弹簧振子实验数据进行分析,建立回归模型。利用回归系数,测得弹簧的劲度系数。该方法测得弹簧振子劲度系数值与逐差法和作图法所得百分误差均为0.01%。研究结果显示利用SPSS软件处理弹簧振子实验数据更加简便。     

关于简谐运动定义的思考

在高中物理教学中,对简谐运动的定义往往会使学生产生一些模糊的认识,只要回复力与位移成正比,即满足F=-kx,系统的振动就是简谐运动.只要周期性策动力满足上述条件,就会产生受迫的简谐运动,因此,简谐运动的周期不一定就是系统的固有周期,简谐运动的机械能也不一定守恒.一些参考书也有类似说法,例如,《新编高中新教材同步测控优化设计》高一物理下册教师用书中就解释说:简谐运动的机械能不一定守恒,书本上说机械能守恒是有前提的,是指像单摆和弹簧振子这样的理想化振动.     

用数码相机和计算机绘制简谐运动的位移-时间图像

人教版《高中物理选修3-4》第十一章"机械振动"的第一节"简谐运动"中[做一做]用数码相机和计算机制作小球运动的x-t图像.书本上介绍的方法较简略,具体操作时还是遇到很多问题.下面是笔者制作这一图像的具体过程,供参考.(1)首先为气垫导轨上运动的弹簧振子拍摄一段录像.如图1,注意应使弹簧振子位于照片的上端.     

论单摆的运动与简谐运动的关系

现行高中物理教材中通过弹簧振子模型的运动方式的分析建立了简谐运动,论证了单摆在竖直平面内的小角度摆振动可以看作是简谐振动.教学过程中发现学生学习了这一内容后,对简谐振动产生     

利用Tracker定量分析弹簧振子x-t图像的实验研究

在物理实验的设计中往往会使用到频闪照相机来分析物体运动的轨迹.然而频闪照相机在课堂教学中并不能很好地被大多数教师使用,而且频闪照相机对于照相机本身的要求也较高,给课堂教学带来了难度.在实验室中利用视频分析软件Tracker分析物体的运动轨迹是高校中研究此类问题的一种有效途径,希望通过研究和尝试,将高校中的研究方法带入高中的教学活动中,使高中的物理研究结果更趋向完整.以分析弹簧振子的简谐运动为例,对Tracker在高中物理教学中的应用进行探讨.