基于计算机实测技术的双自由度振动规律验证

由2个劲度系数相同的轻质弹簧与2个质量相同的弹簧振子在竖直方向耦合组成双自由度振动系统.利用计算机实测技术记录了弹簧振子在竖直方向的运动规律,实验值与理论值吻合很好.     

外力驱动下耦合弹簧振子的法诺共振

法诺共振是物理体系中普遍存在的一种非对称共振现象,它最早起源于量子物理,其微观图像是原子谱线中窄的分离态与宽的连续态之间的相干干涉.本文利用经典力学体系中两个弹簧振子的耦合,使其中一个弹簧振子受到周期性外力的驱动,成功类比了量子力学中的法诺共振现象.通过分析每个弹簧振子的动力学方程,严格求解它们的振动公式,从而得到每个弹簧振子的振幅和位相与外部驱动力频率之间的关系.结果表明,耦合体系中受外力驱动的那个弹簧振子既可以发生非对称的法诺共振,又可以发生对称的洛仑兹共振,而另一个弹簧振子只能发生洛仑兹共振.本文的推导与分析能够使读者更好地理解法诺共振现象及其激发条件.     

位移干扰引起的受迫振动

弹簧振子的运动问题中,悬挂点(或支点)也在振动的问题或类似的问题,在有的物理教材中作为讲述两个同方向简谐振动合成前的引例,给人的印象是这类问题中振子的绝对运动是通过悬挂点的运动和弹簧振子相对悬挂点的运动两者叠加求解的.如果悬挂点的运动和弹簧振子相对悬挂点的运动都是简谐振动，则求解弹簧振子的绝对运动就是两个同方向简谐振动的合成问题．     

高速相机在弹簧振子实验中的应用

弹簧振子实验是高校中广泛采用的研究简谐振动规律的实验项目,本文将高速相机引入弹簧振子实验中,并在2013年对我校12级黄昆班的理科物理实验Ⅰ中进行了教学实践.从效果来看,学生通过高速相机的使用,对振子的运动形式进行了直观的实验观察,通过实验同学们对振子运动过程中的能量转化、空气阻尼对振子运动的影响、振子运动与单摆运动的耦合等实验现象进行了分析和讨论,切实加深了对简谐振动运动形式的理解.     

用实验验证简谐振动周期公式

高一物理现行课本简谐振动的周期一节,对简谐振动周期公式,只给出了结果没有推导过程,学生学过之后印象不深,如果教师在讲授时用实验验证一下,可以收到事半功倍的效果. 多数学校都有如图1所示的演示弹簧振子.如果用弹簧振子验证公式,则公式中的m表示振子锤的质量,k表示弹簧的倔强系数.     

实数编码自适应遗传算法在弹簧振子实验中的应用

在普通物理实验教学中,提出了用实数编码自适应遗传算法构建弹簧振子振动周期经验公式的新方法。利用遗传算法拟合弹簧振子振动周期的实验数据,不但可以得到高精度的振动周期公式,加深对物理理论的理解,而且有利于培养学生的综合研究能力和科学探索精神。     

从受迫振动到混沌的实验系统设计

研究构建了一个由椭圆轨道方式驱动的弹簧振子混沌运动系统,它基于弹簧振子受迫振动的形式并符合混沌运动的条件.椭圆轨道长半轴a=20 mm,短半轴b=16 mm,驱动电机是由单片机模块控制的调频直流电机,角速度ω的范围是20~80 r/min,振子的位移x由朗威DisLab数字化实验系统测量.实验结果与理论模拟符合较好.     

弹簧蛇形振子的制作与探究

利用不同周期的弹簧代替原始蛇形摆装置中的单摆,制作了竖直运动的弹簧蛇形振子,所有的弹簧振子等间距排列成一条直线.弹簧蛇形振子操作简单,是较为理想的简谐振动演示装置.     

纱布在物理实验中的妙用

医用纱布一般用于包扎伤口,但在物理实验中也有妙用. 1 在多普勒效应演示实验中的应用 按图1所示安装实验装置:在盛有清水的大水槽中,以一端粘有直径约为8mm的石蜡球的细弹簧作为弹簧单振子,使单振子与水面接触.     

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.     

滑动摩擦力作用下弹簧振子的振动

对在粗糙水平面上作振动的弹簧振子进行研究,探讨该弹簧振子最后停止的位置,估算了弹簧振子的振动总次数,得出弹簧振子的相轨迹.     

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.     

自制受迫振动演示器

人教版高中《物理》第九章"受迫振动共振"一节中,用图1所示的装置研究受迫振动的频率与哪些因素有关.在演示操作过程中,振子上下振动的同时还左右前后摆动,特别是驱动力频率与弹簧振子的频率接近时,振子摆动幅度更大,导致振子碰撞支架,不能形成稳定的演示效果.针对该装置的不足,笔者自制了如图2所示的演示器.     

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。     

利用位移传感器改进受迫振动实验

利用DISLab实验系统中的位移传感器,改进基于弹簧振子的受迫振动实验仪,实时观察振子和驱动装置的运动情况,取得了清晰的实验图像和数据,受迫振动的物理意义更加清楚。     

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.     

弹簧振子类试题数据设计的自洽性研究

在命制弹簧振子类试题设计数据时不能想当然,要根据动力学方程得出物体的运动规律,然后恰当的设计数据.结合具体的两个案例,分别给出单弹簧振子和双弹簧振子类试题数据是否自洽的论证方法.     

在阻尼振动实验中用鼠标器做数据采集接口

介绍用计算机鼠标作为数据采集接口,研究物理实验中的弹簧振子的阻尼振动,给出了采集数据的实验测量方法,通过鼠标器采集数据获得了较为完整的阻尼振动曲线及较为准确的物理参数.     

等效法处理竖直方向的弹簧振子

从力、运动、能量三个角度,证明竖直方向上的弹簧振子和基本弹簧振子模型的等效性;举例说明把竖直方向的弹簧振子可等效为基本模型,在列方程式求解未知量时更简洁方便.     

在气轨上对弹簧振子周期公式作实验总结应注意的一个问题

在普通物理教学参考书中,多是以弹簧振子为例,说明物体作简谐振动的周期公式T=2π√(m/k)。在论及时,是把弹簧看作理想的,即其质量可以不计,或者其质量与物体质量相比可以略去不计的简化情况下导出的。当用气垫导轨对弹簧振子的周期公式进行实验总结时,弹簧的质量与滑块的质量相比,