• 您现在的位置: 中国兴华科学教育网 >> 科教资源 >> 科学探究馆 >> 实验探究资源 >> 创制营 >> 正文
    耦合振子的典型例子
    作者:周鉴恒    文章来源:作者惠赐    点击数:    更新时间:2009-11-27

    (原载:《科学月刊》,2004年第35卷第4期)

    DIY振动系统所需器材

    ·1.5号钓鱼线(直径略小于0.2mm2m。直径4.0mm,高4.0mm的圆柱状钐钴强磁3块(可参考本刊第376期),沿中心轴方向充磁,中心轴处有一孔径1.0mm的圆孔贯穿。

    ·小滑轮1个、载玻片4片。

    ·长约120cm的较粗木条若干。

    ·80×3 cm2绿色珍珠板。

    ·直径约1.0mm、长度约12.0mm之细电线3条。

    ·直径约0.4mm之漆包线50m

    ·软铁心3块(可从小型马达或小型变压器中拆下来,截面积约4×10mm,长约5cm即可)。

    ·强力胶和AB胶。

    ·讯号产生器(大一普通物理实验室必备,高中物理实验室也常见)、功率放大器(一般音响用的放大器即可)、闪光计频器(一种氙气闪光灯,闪光频率可调,在大一普通物理实验室中非常普遍)。

    将一条具有张力的轻质弹性弦两端固定,串上若干等分此弦而具质量的质点,这样的振动系统便是耦合振子(coupled harmonic oscillator)的典型例子,是力学中非常重要的课题。最早研究这种运动系统的,正是力学鼻祖——牛顿,但直到继起的约翰和丹尼尔白努利父子(John & Daniel Bernoullis)才成功处理这个问题。1753年,丹尼尔白努利(白努利定律的作者)证明:这个耦合振子系统的运动,可以叠加其振动模式加以描述。而制作实际教具来演示这个系统的振动模式,一方面有助于驻波、波传播、振动模式、共振等物理现象的教学,另一方面也有助于理解耦合振子及Lagrangian function等较高深的力学理论,相关理论还可被用来研究晶格的振动。晶格振动理论的主要贡献者 L. Brillouin 甚至认为,白努利的研究是从力学发展到理论物理的转折,科学家们自此不再限于只能写下单一质点运动的定律,而开始企图找出由许多质点形成整个系统的运动法则。

    为了与一般教科书中简化的例题一致起见,本实验的设计只演示负载3个质点的弦,且限制其运动二维平面的横向振动(transverse vibration)。市面上类似的教具十分罕见,极少数几种可以购得者,竟要用到笨重昂贵的气垫轨,且引发其各种振动模式的马达装置亦嫌复杂,往往模糊了演示的主题。本实验设计简洁,主题明显,花费少,自制容易,运动系统本身及其运动情形与教科书中理论探讨的内容完全一致,演示效果极佳。


    注:原文为繁体,本站发布时未转译,但为方便读者阅读,直接将繁体转为简体。

    [1] [2] [3] 下一页

    相关文章
    没有相关文章
    网友评论:(只显示最新10条。评论内容只代表网友观点,与本站立场无关!)
    姓名: E-mail:
    评分: 1分 2分 3分 4分 5分
    内容:
    验证码: