验证向心力公式实验的多种创新方案

高中《物理·必修2》探究圆周运动向心力公式,采用了圆锥摆实验,按教材的实验程序操作该实验比较困难,主要是让摆球进行匀速圆周运动十分不易,一不小心小球便会与接触面间产生弹力,无法满足教材要求的动力学情景,导致实验障碍和测量不精准.借助教材设计的实验原理,可对本实验进行改进创新,使其易操作、易测量、小误差.1改进圆锥摆实验精确验证     

向心力大小实验的设计

向心力大小演示实验是高中物理教学中一个很重要的演示实验.在人教版物理教材中,采用圆锥摆粗略验证向心力表达式,该实验是利用铁架台、小球、细线、秒表、天平、刻度尺等器材完成的.实验时,小球在水平面内做匀速圆周运动,用刻度尺测量出小球做圆周运动的半径r和小球距悬点的竖直高度h,利用天平、秒表分别测量出小球的质量m和运动n圈的时间t,得出指向圆心的合力为     

牛顿摆衰减的建模与探究

通过Hertz碰撞模型,推导出了牛顿摆体系的演化方程并进行数值模拟,重现了非理想牛顿摆的衰减特征,并定性分析了非对心碰撞和小球固有摆动因素对牛顿摆非理想行为的作用.在小球排列相对整齐的情况下,黏滞耗散和框架耗散是主要的能量耗散因素;在小球排列相对不够整齐的情况下,非对心碰撞引起的能量耗散占主要地位.同时定量说明了空气阻尼并非衰减的主要因素.     

自制向心力表达式验证仪

对"圆锥摆粗略验证向心力表达式"实验进行改进,采用减速电动机通过轻杆带动大钢球做匀速圆周运动,形成圆锥摆.改进后的装置运行稳定,操作简单.     

探究一类电磁学疑难问题

有关带电小球在匀强磁场中摆动或沿圆弧轨道运动的轨迹是圆弧还是旋轮线的问题,显得非常复杂,需要应用有关的数学知识进行解答.现举例分析.【例1】如图1所示,摆球质量为m,带正电,电荷量为q,摆长为l,在匀强磁场中的最大摆角为α,为使此摆的周期不受磁场的影响(能正常摆动),磁感应强度B的值有何限制?     

径向摆的运动状态及其混沌状态的研究

本文研究了第31届国际青年物理学家锦标赛(IYPT)中径向摆问题。利用弹性理论笔者对弹性杆和小球组成的径向摆体系进行了分析和实验检验。结果发现,通过改变摆的悬挂位置、弹性杆长度等参数可以改变摆球的运动轨迹。实验结果表明:弹性杆与摆球运动的牵连是径向摆摆的运动轨迹会发生转变的原因,而弹性杆的受迫共振是摆径向摆体系存在混沌现象的原因,混沌现象产生的条件是发生在弹性杆杨氏模量或截面积极小的情况。     

利用电磁阻尼单摆测量金属球的电导率

通过设计有无电磁阻尼作用的单摆实验,精确测定金属球的摆幅随时间的变化规律,拟合实验数据得到空气阻尼系数和电磁阻尼系数,采用对比法得出金属球的电导率.该实验可加深学生对单摆作为简谐振动理想模型的理解,也为研究梯度磁场中金属小球的电磁感应现象提供了新思路.     

椭圆曲面摆参数振动的数值计算及仿真

为研究变摆长参数振动的规律,以椭圆曲面摆装置为对象,根据刚体定轴转动定律及椭圆曲线方程,构建了椭圆曲面摆的二阶变系数齐次微分动力学方程.运用四阶龙格-库达法对方程进行数值求解,并结合MATLAB软件绘制了椭圆曲面摆振动不同的图像,给出椭圆曲面摆在无阻尼状态时的方程通解形式,在此基础上,讨论了不同参数对椭圆曲面摆振动特性的影响情况.研究表明,椭圆曲面摆与单摆振动类似,在无阻尼状态时小球摆动符合正弦函数变化规律,小球摆动周期受到阻尼系数、椭圆曲面几何尺寸、振幅等参数影响.研究结论丰富了关于变摆长单摆参数振动教学内容.     

点电荷场中的重力单摆及简谐振动

单摆是力学中的最基本模型,点电荷电场是电学中的最基本模型.将带电小球单摆置于点电荷电场中,带电小球既受到重力作用也受到点电荷电场的作用,由于点电荷电场是非均匀场,带电小球在重力的均匀场和点电荷的非均匀电场中摆动.本文讨论了带电小球做简谐振动的条件,发现在点电荷非均匀场中带电小球做小幅摆动仍可产生简谐运动,给出简谐振动的周期,并指出其等效场的意义.     

一种有趣的电磁感应摆

介绍了一种有趣的电磁感应摆,该摆利用电磁感应现象中出现的磁力作为策动力,利用电子开关电路控制策动力出现的时间,使摆锤在一个全振动周期内受到4次策动力的作用,从而使得该摆能够不停地摆动下去产生"永动"效果,并详细介绍了它的工作原理和制作方法.