大学物理 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (4): 13-.doi: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240287

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利用弱耦合摆观察研究拍现象的实验方案探究

庞玮,李晨硕,郎松峰,刘艳,龙纪超,许嘉豪,吴福根   

  1. 1. 广东工业大学实验教学部,广东 广州510006;2. 广东工业大学材料与能源学院, 广东 广州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
  • 收稿日期:2024-06-20 修回日期:2024-09-13 出版日期:2025-06-25 发布日期:2025-07-01
  • 通讯作者: 庞玮,kingprotoss@gmail.com
  • 作者简介:庞玮(1979—),男,安徽贵池人,广东工业大学讲师,博士,从事大学物理实验教学和凝聚态物理研究.
  • 基金资助:
    广东省高等教育改革项目“回归探索本质的大学物理专题实验设计与教学”、“基于实验教学智能辅助系统的大学物理实验过程性评价的探索与实践开题报告”(粤教高函(2021)29号);广东工业大学教育教学项目课程教改OBE专项(广工大教字(2021)71号);广东工业大学创新创业课程建设项目;中国高等教育学会“2024年高等教育科学研究规划课题”重大课题(24SY0107):“新工科背景下实验实践类课程数智赋能大规模个性化教学研究”.


Design ofexperimental analysis of beat phenomena using two weakly coupled pendulums

PANG Wei1, LI Chenshuo2, LANG Songfeng2, LIU Yan2, LONG Jichao3, #br# XU Jiahao4, WU Fugen5#br#   

  • Received:2024-06-20 Revised:2024-09-13 Online:2025-06-25 Published:2025-07-01

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

Abstract: A system with multiple freedom of movement exhibits different modes in which each part of the system will move in the same frequency. By proper choosing the initial condition, these different modes can add up into a superposition state and make the movement of the system show phenomenon of beat. Both of modes and beat phenomena are crucial to the understanding of oscillating and periodical properties of the system. This design of experiment clearly demonstrates these phenomena by using two pendulums coupled through an elastic band. With digital sensors and data collectors, the detail movement of the system are recorded by computer software which is available for further analysis by students. The coupling strength can be easily adjusted to show the dependence of beat on it. 

Key words: weakly coupled pendulums, beat, experiments with digital sensors, principle of superposition