大角度单摆周期问题与椭圆积分

针对高中物理竞赛中部分学生想要求解大角度下单摆摆动周期的问题,指出这一问题涉及大学数学中的椭圆积分知识,从高中竞赛生的角度出发,阐述处理大角度单摆周期问题的具体方法。     

有关摆球做小角度摆动是简谐运动的探讨

单摆在小角度摆动时,忽略空气阻力等的影响可视为简谐运动,这在人教版及沪科版教材中都有理论推导证明.但是,都采取了多次近似的方法,即当角度很小(一般认为角度小于或等于5°)时,该角度的弧度值与其正弦值近似相等,该角度所对应的弧长约等于弦长;另外,圆弧上任一点的切线方向与弦所在直线方向也趋于一致.     

固有周期公式的推导及拓展

本文从两个不同的角度推导出了简谐运动的周期公式T=2πm/k。在研究小角度摆动的单摆时,首先证明了其为简谐运动,找出了比例系数k,推导出单摆的周期公式T=2πl/g。随后对其他情况下斜面上的单摆、处于向上加速系统中的单摆、向下加速系统中的单摆的周期进行了深入的探讨。     

单摆的性质及其应用

一、等时性单摆的小角度摆动时可视为简谐运动,完成每次全振动所用的时间相等,即为单摆的周期.单摆的周期只与摆长和当地的重力加速度有关,与摆球的质量和振幅无关.     

有关摆球做小角度摆动是简谐运动的探讨

单摆在小角度摆动时，忽略空气阻力等的影响可视为简谐运动，这在人教版及沪科版教材中都有理论推导证明。但是，都采取了多次近似的方法，即当角度很小（一般认为角度小于或等于5°）时，该角度的弧度值与其正弦值近似相等，该角度所对应的弧长约等于弦长；另外，圆弧上任一点的切线方向与弦所在直线方向也趋于一致。     

摆钟的快慢及其调整

摆钟的摆动可近似看成是单摆做简谐运动,其计时原理遵从单摆的周期公式T=2π(L)/(g) ,有关摆钟的快慢分析及其调节是教学中的难点.下面对其作一分析讨论,供参考.     

单摆教学中的两个常见问题

1单摆周期与摆角真的无关吗?在计算单摆周期时,若摆幅θ_0较小,可采用一级近似sinθ≈θ,算出的周期为T0=2π2~(l/g),其中l为摆长.若θ_0不够小,就应取二级近似.本文试着导出单摆周期T与摆幅θ_0的关系.分析:不论摆幅多大,单摆摆动过程中机械能守恒,于是可从能量表达式求出角速     

求解摆钟问题重在原理清楚

<正>关于单摆模型,需要我们掌握以下四个基本性质。1.等时性:单摆的小角度摆动时可视为简谐运动,完成每次全振动所用的时间相等,即为单摆的周期。单摆的周期只与摆长和当地的重力加速度有关,与摆球的质量和振幅无关。2.周期性:单摆的振动是具有周期性的。振动过程中,振动的位移、速度、动量、动能、回复力都随时间周期性变化。因此,在分析具体问题时,必须考虑到由于单摆运动的重复性造成的多解性。     

单摆测重力加速度力学模型的影响和修正

用单摆测重力加速度是中学乃至大学的一个基本力学实验,也是测量重力加速度常用的方法之一。本文希望通过对单摆力学模型的讨论,给出使用单摆模型测量结果的可靠性和对结果的修正。使得我们对单摆力学模型有一个更深入更全面的理解。 理想单摆是长为l的悬线末端有一个质量为M的质点,在不计摆线质量,不计空气阻力和悬点摩擦阻力的条件下作小角度θ(3°以内)的摆动。其动力学方程是     

单摆运动研究

单摆在摆动角趋于零的极限条件下，单摆的运动是简谐振动，其特征是周期与振幅无关。在摆动角不可忽略的实际情况运动中，单摆的运动周期与振幅有关。本文通过相应的数学计算得出周期与摆动角的函数关系，并分析单摆的运动中绳的张力情况，对单摆的运动进行研究。     

侧向扰动下单摆的轨迹分析

采用二维谐振子模型，尝试对侧向扰动下单摆的进动现象进行分析解释，得出线性近似下摆球轨迹的极坐标公式，并对极限情况加以讨论，将单摆、圆锥摆及类椭圆摆动统一起来。进一步定性分析进动是由回复力高次项作用产生的非线性运动，从而使实验现象得到较完整的解释。     

单摆周期是否存在“无穷大”——由“太空授课”引发的思考

单摆是一种常见的物理模型,在地面能摆动的单摆到太空“天宫一号”内的失重状态下近乎静止,单摆周期是否存在“无穷大”,本文就此问题对失重状态下和摆长无限长的情形的单摆周期的问题作了系统的分析和探讨.     

Matlab软件在单摆自由振动中的应用

自由振动的单摆在大角度摆动时,动力学方程是非线性的,非线性系统复杂行为的一种重要研究方法就是数值计算法。通过理论分析,得到无阻尼、有阻尼、及弹簧单摆大角度振动的动力学方程。利用Matlab软件,观察弹簧单摆的振动现象,求出弹簧单摆非线性微分方程的数值解,展现大角度自由振动单摆周期与角振幅的关系曲线、大角度自由振动和阻尼振动的单摆的相轨迹。对不同条件单摆进行数值模拟,从而直观地研究了不同条件单摆的运动。结果表明,Matlab软件在振动问题中的应用,不仅实现了数值计算高效快捷、绘制图像形象直观,而且弥补了实验的不足,为计算机辅助物理教学提供了一个较好的软件。     

非线性对单摆运动周期的影响

从理论和数值计算上分析了单摆周期与单摆摆动最大幅用的关系;指出可以通过控制单摆摆动最大幅角,使周期公式求得的单摆周期的误差满足要求,从而也就得到了周期公式的适用范围;并引入了一个单摆周期的修正公式．     

也谈无限长单摆的周期

有的文献认为无限长(理想)单摆的周期为一个常量84min,而笔者则认为无限长理想单摆的周期应为无穷大。现利用高等数学和普通物理知识指导如下,仅供大家参考。一、推导在物理实验中,一根不可伸长的轻线悬挂一小球做幅角很小的摆动,这种装置通常称为单摆。单摆是实现数学摆的一种近似装置。由物理学知识可知:一个不计体积的质点,悬挂在无质量、不可伸长的悬线上,即可构成理想的数学摆。其运动方程由转动定理可知为mLd2θdt2+mgLsinθ=0①制作单摆时,应使悬线尽量轻,在运动中长度变化尽量小,而摆锤的形状、大小尽量与质点近似。但无论如何都不…     

等效法确定单摆周期公式中的“l”和“g”

高中物理中的单摆复习,突出的问题:一、单摆摆动时的平衡位置确定.二、单摆周期公式中的“l”和“g”的确定,由于高中物理教材只是直接给出单摆周期公式.因此,学生要掌握公式     

高中物理计算中近似思想的教学思考

高中物理计算中的小角度近似和时间近似处理思想对培养学生的物理思维能力起到了重要作用.本文对物理新教材中涉及的有关小角度和时间的近似处理思想进行归纳整理,并对该部分的教学应用进行初步的探讨.     

大角度摆动周期和误差的估计

在研究单摆、复摆和类似摆动的时候,经常涉及到周期的计算问题.周期的大小与摆动时摆动角度有很大关系,只有当摆动角度很小时(往往限制在θ<5°的范围内),周期才与角度无关(实际上这种无关也是近似的,只是误差很小而已).在摆动角度较大时,摆动周期又怎样呢?几种常见的理论力学教材上都没有详细的解算.有的教材上也只是给出     

用等效法求周期

例1如图1所示,有一倾角为θ的光滑斜面,一辆小车沿斜面滑下,车上有一单摆做微小摆动,摆长为l,求单摆的振动周期.解析设单摆随小车一起沿     

以“单摆”教学为例谈对学生能力的培养

对学生能力的培养是物理教学中极其重要的内容。本文以“单摆”的教学为例,探讨在新课教学中如何培养学生的能力。一、培养观察、分析问题的能力教学过程设计:教学内容1.实验:单摆运动2.通过多媒体课件重现单摆运动(1)慢放模拟单摆运动过程(2)摆球在某一位置停止3.问题:(1)摆球运动有什么特点?(2)摆球为什么能回到平衡位置?(3)回复力的来源是什么?教师活动实物演示课件演示提问启发引导思考分析回答观察思考观察学生活动教师说明:通过演示使学生直观看到实验现象:摆球沿圆弧来回摆动。再利用课件慢放、重现,让学生仔细观察,说明每当摆球离开平衡位置时,总有一个把物体拉回平衡位置的力,这个力就是重力沿切线方向的分力,非常直观地找到回复力。在这一部分教学中,有针对性地对学生进行观察指导,培养学生良好的观察习惯,提高他们判断与理解能力。二、培养推理及利用数学工具的能力教学过程设计:教师说明:这一部分是“单摆”教学的难点,在得出F=mgsinθ中几个物理量之间关系的时候,如何对比得出F=-kx,完全通过教师的示范性分析、讲述,并采取近似处理方法,推导得出正确结论,使学生深刻体会到使用数学工具进行理论推导的无穷魅力,进一步理解简谐振...