利用小磁钢建立的耦合单摆实验装置及测量方法

摘要

一种利用小磁钢建立的耦合单摆实验装置及测量方法，该装置基于现有仪器改造而成，设有：三角形支架，旋转轴及轴承，等间隔排列在旋转轴上的多个轴套，每个轴套下悬挂一个单摆。旋转轴的一端固联一个步进电机，该步进电机的转速和旋转角度可调，并能带动旋转轴在设定角度内转动，从而使各单摆作受迫振动；每个轴套上都吸附一个或多个小磁钢，且相邻轴套上的小磁钢相互吸引，导致各单摆各自运动时互相影响，实现耦合。改变小磁钢数量，可以改变耦合强度。数字摄像装置可同时连续拍摄和处理多个单摆的运动图像，并通过PC机实时显示、计算和记录耦合单摆的运动轨迹、振幅等信息。该装置结构简单，操作便利，价格便宜，易于推广。

主权项

一种利用小磁钢建立的耦合单摆实验装置，是在耦合摆球共振演示仪的基础上，增设小磁钢、步进电机及其控制器、数字摄像装置和PC机所构成；其特征在于：该实验装置保留了耦合摆球共振演示仪的下述构件：两个三角形支架，安装在三角形支架上的、能作旋转运动的旋转轴及其轴承，等间隔排列在旋转轴上的两个或两个以上的轴套，以及悬挂于每个轴套下方的一个单摆；该仪器的旋转轴一端原有的驱动重摆被拆除，改为固联一个步进电机，并用控制器控制步进电机的转动，进而通过旋转轴与轴套之间的摩擦带动轴套下方的单摆摆动；每个轴套上都吸附数量相同的一个或多个小磁钢，且相邻轴套上的小磁钢相互吸引，使得相邻的单摆运动时互相影响，实现单摆之间的耦合；且通过改变轴套上的小磁钢数量能够调节耦合的强度；数字摄像装置位于三角形支架外侧，能够同时持续拍摄多个单摆的运动图像，并将拍摄图像送入PC机存储、处理，以供实时计算和记录耦合单摆的包括运动轨迹、振幅和频率的各种参数。