永不停息的单摆的论文

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1、永不停息的单摆的论文[摘要]单摆演示实验仪是中学物理教学中的常用实验仪。由于摩擦等外界阻力的作用，普通单摆的小球摆动一段时间后会停下来。永不停息单摆是用间歇电磁力来周期地加速摆球的特殊单摆，是综合力学原理和电磁学原理进行创新研制而成的。　　[关键词]单摆间歇电磁力周期加速不停息摆动　　　　（一）原理和设计构想　　　　大学物理演示实验中，单摆实验仪器的摆角一般应小于5度。从力学原理上讲，单摆在不受外界影响的情况下，应以简谐振动的方式永不停息地摆动下去，根据受力分析，作为单摆的小球，重力沿绳子方向的分力和绳子弹力的

2、合力提供小球做圆周运动的向心力，沿运动轨迹切线方向的分力不断做功实现动能和势能的相互转化，导致小球做周期性不停止的摆动；然而，实际上，由于受到各种阻力因素的影响，单摆实际上是在做阻尼振动，阻力做功消耗了摆球的机械能，最终使摆球停止在平衡位置。甚至合外力不全在竖直平面内时，还会作其他摆动，如做圆锥摆动等。　　经过试验探索发现，用周期等于单摆摆动周期的间歇电磁力来驱动单摆时，磁场可以补充摆动过程中损失的能量，致使单摆永不停息地摆动下去，并且还发现本仪器兼有傅科摆的演示效果，即摆动到一定的时间后可明显观察到由于地球自

3、转产生的摆平面出现的偏转角。　　　　（二）实验仪电路及工作原理　　　　1.实验仪的电路组成。　　本实验仪电器控制电路包括两个电路部分：1-弱电控制单元，2-电磁力驱动单元，如图1所示。　　1-弱电控制单元的组成：铜环与电磁继电器串联后接入到12v直流电路中；　　2-电磁力驱动单元的组成：电磁铁的电磁线圈与开关s1、电磁继电器的触头和指示灯顺序串联后，接入220v的交流电路中。.　　　　2.其工作原理是：闭合开关s1，同时使摆球摆动起来。在每个摆动周期内，球在两个最高点时，吊球的铜丝与铜环接触的瞬间电磁继电器接通

4、，使电磁铁通电产生一个瞬时的磁场力。当小球离开最高点时，磁力随即消失，这样使得小球在每次回摆时受到外加电磁力的驱动，获得补充能量来克服外界阻力产生的影响，从而使小球永不停息地摆动下去。电路指示灯工作过程是，开关s1闭合，电磁继电器接通，电磁铁回路接通，指示灯亮；否则，指示灯熄灭。　　　　（三）实验仪结构示意图　　　　实验仪结构示意图如图2所示：(1)12v直流电源；(2)12v电源接线柱；(3)工作指示灯；(4)交流电源接线柱；(5)保险丝；(6)带指示灯开关；(7)单摆小球；(8)铜丝制摆线；(9)铜环；(1

5、0)固定架；(11)导线；(12)底座。　　实验仪线路连接：直流电源的正负接线柱接装置的两个接线柱，电源接线柱接220v交流电。　　　　　　（四）功能特点及效果分析　　　　1.实验仪的功能特点。　　（1）集“单摆演示、电磁力驱动演示、傅科摆演示和弱电控制强电演示”于一体，且演示效果显著。　　（2）集“力、电、磁”知识于一身，知识含量丰富，趣味性强，能很好地激发同学们探索科学的兴趣。是一种很好的“综合性、探索性、创新性”演示实验。　　（3）采用低压弱电控制高压强电，把强电路放在装置内部，低压控制电路置于操作区，使

6、实验仪器具有很好的安全性。　　2.实验仪注意事项及演示效果分析。　　（1）实验开始时最好在铜丝上镀一层锡，这样铜丝与铜环的接触效果会更好，实验现象的明显度也会大大提高。　　（2）换重一些摆球不仅会使接触效果增强，还会增加实验现象的明显度。　　（3）每个周期内，铜丝与铜环接触两次，电磁继电器的衔铁也将被吸合、释放两次，指示灯也同步闪亮两次、演示效果明显。