“能量穿梭机”实验中的类星体运动

通过理论分析建立动力学方程,用四阶Runge-Kutta进行求解,研究了"能量穿梭机"实验仪中的类星体运动.不考虑阻力时,小球会进动并且进动角随圆锥面倾斜角的增大而减小,当倾斜角约为55.6°时,进动消失,小球做类似星体的椭圆运动.考虑阻力时,由于能量损失小球的运动不再有周期性,这与小球在圆锥面上的真实运动相符.     

滚动的小球在水平旋转平台上运动分析

对第29届国际青年物理学家锦标赛的第11题——"在一个盘上翻滚"进行了理论和实验研究,运用理论力学中的相关知识进行了理论推导,自行设计装置对其进行参数上的研究,得到小球质心的运动规律。将小球质心的运动规律与带电粒子在磁场中运动轨迹可以做类比,发现了两种运动规律的相似性,为学生学习理论力学给出了一个很好的例子。     

基于MATLAB中SIMULINK的准周期弹跳运动的仿真模拟

使用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立了刚性小球在谐振桌面上做准周期性弹跳运动的动力学模型,对小球在不同倍频下的准周期运动进行了仿真模拟,并得到了小球运动的相图。结果表明：控制参数的选取对小球的动力学行为有着很大的影响。     

碗中小球问题探讨

在大学物理的教学过程中,笔者遇到一道关于小球在光滑半球形碗内运动的问题,该问题的常规解法是利用角动量分量守恒和机械能守恒进行求解。这种解法由于无法给出小球运动的细节,对于初次接触角动量概念的本科生而言难以直观而深刻地理解。本文将小球的运动在水平面内和竖直方向进行分解,系统分析了小球的受力情况、速度的变化、能量的转化等问题,并通过数值求解拉格朗日方程给出了小球的运动轨迹。我们的方法详尽地阐述了小球的运动过程,展示了一个更加直观和清晰的物理图像。     

用能量法简捷推导可动悬点单摆的谐运动周期

"可动悬点的单摆"是指如下体系:如图1,质量为M的小圆环套在光滑的固定水平杆上,通过一长度为L的轻杆将质量为m的小球与圆环连接,圆环、小球均视为质点.证明此体系在小角度下的运动是谐运动,并求出谐运动的周期.     

小球转动对平抛实验结果的影响探讨

高中物理探究平抛物体的运动,大多采用使小球从一定高度释放沿轨道滚动后做平抛运动的装置进行相关实验.那么小球的滚动在多大程度上影响实验的结果,在什么条件下可以不考虑小球的滚动.     

再谈"小球与均质自由杆的碰撞"

讨论了小球在杆上任一点的碰撞问题,并指出《大学物理》2006年第5期《小球与均质自由杆的碰撞》一文中"完全非弹性碰撞后两物体不一定粘在一起共同运动"的说法是错误的.     

落球法测定液体粘滞系数的研究

根据落球法测定液体粘滞系数的原理,当重力、浮力和阻力三力达到平衡时,小球匀速下落。对于不同的液体,小球达到匀速的时间和下落的距离并不相等,如果小球未达到匀速就开始计时,测量结果误差将会很大。如果液体粘滞系数太小,斯托克斯公式就不成立了,需要做一个修正。本文就这两个问题进行了讨论,分析出落球法测定液体粘滞系数的适用范围。     

辐射状电场中大量镀金属膜小球运动的实验研究

通过实时观察辐射状电场中大量镀金属膜小球的运动,发现处于不同介质中的小球群体行为完全不同:处于空气中的小球在阴阳两极之间来回杂乱迸射,处于蓖麻油中的小球呈现类蠕虫运动的自组织过程,处于机油和蓖麻油混合介质中的小球表现为类沸腾运动现象.分析表明:空气中的现象成因是小球与电极及相互间所带电荷的异同呈现的静电吸引或排斥结果;...     

滚动小球的线速度

目的让水平运动的实心小球和气轨滑块做非弹性碰撞来测量小球水平运动的速度,并由测量出的小球速度来确定当小球从斜面滚下时,百分之几的势能用来旋转小球,百分之几的势能转变成小球的线速度。     

蒸汽爆炸粗混合过程中的蒸发阻力模型

在蒸汽爆炸的粗混合过程中,由于液体的快速蒸发,高温金属液滴的周围会产生一层很薄的蒸汽膜,此时液滴周围的边界层流动与没有液体蒸发时有很大的不同,因此,常温情况下的小球在连续液体中运动时的通用阻力模型在这种情况下是不适用的．本文通过受力分析,考虑了高温小球受力的分布和表面蒸发对小球周围力的影响,从阻力的基本机理上分析了蒸发状态下小球的运动阻力,分别提出了高温颗粒穿过自由表面时与其在液体中运动时的蒸发阻力模型．分析表明,当小球温度高于2500 K,特别是在靠近自由表面的区域,由于小球表面液体蒸发而产生的蒸发阻力作用非常明显．分析指出,小球的入水初速、小球表面的液体蒸发速率以及汽膜厚度都是影响小球运动阻力大小的重要因素．     

空气中普通小球的非高速竖直上抛运动的研究

文章首先证明了对于通常材质、大小、初速度(非高速)的实心小球在空气中的竖直上抛运动,将空气阻力系数C_D取作0.42完全可行。文章将空气阻力看作速度的二次函数,采用传统的研究思路,逐步推导出普通小球在空气中做非高速竖直上抛运动的运动学方程,进而推得小球上升的时间和最大高度,以及小球下落的时间和落地速度。分析结果发现,小球的上升时间小于下落时间,更小于没有空气阻力时的上升或下落时间;在相同的初速度下,同质实心较大球的运动受空气阻力的影响要小一些;而当初速相同,密度与半径的乘积也相同时,材质、大小均不同的实心球却具有相同的上抛运动。文章还以1cm半径的实心小铁球为例,计算并作出各运动特征参量随初速度的变化曲线,以及在数个不同的初速度下小球的位移随时间的变化曲线。结果发现,初速度越大,小球的运动越偏离理想的无空气阻力情形。文末对一些可能的干扰或误差因素进行了简要的概述。     

大量小球无规则运动计算机模拟的可视化

大量小球无规则运动计算机模拟的可视化在大学物理课程教学过程中有着广泛的应用,本文针对做弹性碰撞的小球,介绍了一种基于碰撞事件驱动的方法,高效地实时模拟了大量小球弹性碰撞产生的无规则运动.     

利用轨迹追踪技术测量重力加速度

由轨迹追踪技术监测小球做匀速圆周运动,从而测量出重力加速度.首先通过直流电机的匀速转动驱动小球运动,利用高速摄像头实时采集小球的相对运动图像,由虚拟仪器实现轨迹追踪、图像分析以及数据可视化处理,从而获取合适的驱动电压让小球做较为严格的匀速圆周运动,得到小球在该运动下的周期和圆锥摆摆角余弦值,即可测得重力加速度.     

两相连小球运动的力学分析

通过对两相连小球的力学分析，建立合适坐标系．根据椭圆运动轨迹，研究两相连小球在特定条件下的运动规律     

落球法测液体黏度的深入研究

利用流体力学的知识对小球下落计时起点的确定进行理论推导, 并给出了达到终极速度之前小球运动 的距离与速度之间的函数关系, 以及不同半径的小球达到终极速度时其半径与下落距离的关系     

用EXCEL模拟变加速运动的尝试

利用"微元"思想借助Excel软件的计算功能推演出在变力作用下的运动规律,并可以描绘出各物理量之间的关系图像.列举了三个实例,简谐运动、洛伦兹力作用下的圆周运动、带电小球在复合场中的运动.     

弹跳运动的Simulink仿真模拟

本文建立了小球在谐振桌面上做弹跳运动的动力学模型,并用Simulink仿真软件模拟了小球在不同参数下从规则运动到无规则运动的各种动力学行为,仿真的结果表明,控制参数对系统的动力学行为有重要的影响.     

利用极限思维方法求解2011 年物理高考题

极限思维方法是解决物理问题经常用到的一种方法。伽利略应用极限思维方法探究力与运动的关系。他作了著名的斜坡实验,在这个实验中,两个光滑斜坡对接,其中一个斜坡的倾角可以调节,当从一个斜坡某一点让小球自由滚下,能看到小球滚到另一斜坡与起点等高处,这个实验最关键的问题是要使阻力足够小,使小球达到与起点等高处,只有这样,才能进行极限思维:当斜坡倾角趋近于零时,小球运动到无穷远处,小球永不停息地运动下去。这就是伽利略的理想实验,它一方面以真实的科学实验为根据,抓住关键性的科学事实,为理想实验的进行提供可靠的基础;另一方面,又要充分发挥极限思维的能动作用,进行合乎逻辑的推理。     

制作悬浮小球及体会

沉浮条件是初中物理重要的一个知识点。即当物体完全浸没在液体中时，若浮力大于重力物体上浮；浮力小于重力物体下沉；浮力等于重力物体悬浮。虽然上浮和下沉现象在生活中很容易见到，但悬浮现象一般人很少见过。实验室没有现成的演示“悬浮现象”的教具。那么，我们物理教师何不亲手制作一个“悬浮小球”，既可加强学生对悬浮现象的感性认识，作为教具保存又可一劳永逸，为培养学生的学习兴趣，提高动手能力，