利用弱耦合摆观察研究拍现象的实验方案探究.pdfVIP

第卷第期大学物理

４４４Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．４

２０２５４ＣＯＬＬＥＧＥＰＨＹＳＩＣＳＡｐｒ．２０２５

年月

利用弱耦合摆观察研究拍现象的实验方案探究

１２２２３４５

庞玮，李晨硕，郎松峰，刘艳，龙纪超，许嘉豪，吴福根

（广东工业大学实验教学部，广东广州；广东工业大学材料与能源学院，广东广州；

１．５１０００６２．５１０００６

３．广东工业大学机电工程学院，广东广州５１０００６；４．广东工业大学计算机学院，广东广州５１０００６；

５．广东工业大学物理与光电工程学院，广东广州５１０００６）

摘要：为拓展大学物理实验的实验内容和实验手段，设计了一套利用数字化传感器和数据采集器对两个弱耦合摆的振动

模式进行实验研究的方案该实验利用相较于弹簧更易于实现的手段实现了两个物理摆之间的耦合，并更易于调节其耦合强．

度利用数字化转动传感器和数据采集器能完整记录该耦合系统的完整运动，观察并分析其中的简正模和拍现象，验证线性．

系统解的叠加原理该方案易于实现，现象直观，结果中包含诸多物理现象可供分析讨论，并可与大学物理及高等数学相关知．

识点连接，能有效提高学生的自主探索热情，锻炼学生数据分析能力，拓展相关实验的教学深度．

关键词：弱耦合摆；拍；数字化传感器；线性叠加原理

－（）

中图分类号：Ｏ４１文献标志码：Ａ文章编号：１００００７１２２０２５０４００１３０８

ＤＯＩ１０．１６８５４／ｊ．ｃｎｋｉ．１００００７１２．２４０２８７

【】

多自由度系统中的振动、摆动等周期运动不仅地观察该耦合系统的完整运动过程通过对这个耦．

在物理教学中具有重要作用，而且在科研和工业生合系统的实验测量，学生不仅能研究系统中简正模

产等诸多领域也有广泛应用．一般而言，多自由度系形成的条件，观察、测量、分析各简正模的特点，而且

统的周期运动与系统的初条件、自由度、质量、受力还可以通过调节系统初始状态，激发简正模的叠加，

情况等参数有关，在合适的参数下，系统各自由度能探索此过程中形成的拍，进而对拍的形成条件、与系

以相同的频率进行运动，这些运动称为系统的简正统其它参数之间的关系进行直观观察和定量研究．

［］［］

模１２．如果两个或多个简正模频率相差较小，则本设计方案简单易行，实验测量精度高，数据密度

简正模可以叠加在一起，表现出运动幅度随时间作大，能呈现丰富的物理现象和细节，学生可以更好的

［］［］

２３将精力集中于对现象的探索、内容的研究、数据的分

周期变化的“拍”现象．简正模和拍现象在光

［］［］［］

４５６析和实验的拓展上，有助于激发学生的学习兴趣，增

学、机械系统等领域有广泛应用，而且也是

大学物理及大学物理实验教学中的重要内容之强他们通过实验现象对相关物理规律进行探索的

－－热情．

一［２３