用Mathematica软件对无阻力复摆周期的研究

以不受阻力作用的均质细杆作为复摆的物理模型进行复摆周期的研究.应用数学软件Mathematica,首先对任意摆角以椭圆积分表示的周期以及由该公式得到的近似表示到sin6（θ20）高阶项的周期计算.通过比较两者的周期,验证了近似解析式表示周期的适用的摆角范围在0°≤θ0≤40°,其次从复摆摆动的非线性微分方程出发,数值研究在几种因素影响下的复摆周期,得到一些有意义的结果.在我们的研究中特别对复摆的＂小角度＂作出了较好的限定.     

无阻力任意摆角下配重复摆振动的数值研究

从振动的非线性微分方程出发,采用Mathematica数值模拟不同摆角与配重位置下配重复摆的运动过程并得到其周期.当悬挂点和配重的位置固定时,数值研究配重复摆的周期与角振幅的拟合关系,得到任意摆角配重复摆的周期拟合公式,通过计算得出拟合周期并将之与数值周期进行比较.     

复摆实验系统误差中摆角的影响

本文从理论上定量分析了将复摆的振动近似为简谐振动后,由实验原理的近似性造成的摆角对系统误差的影响,由误差的偏离规律提出了校正这一实验误差的方法。     

计算单摆周期的一种近似方法

对任意摆角下的单摆周期公式进行推导,并采用3点抛物线插值法将其化简近似,得到单摆周期的近似公式.其相对误差最大值小于0.7%,具有较强的实用性.     

单摆周期的近似公式比较

用级数展开积分法、迭代法以及余弦函数法给出了单摆运动周期的3种近似公式.并与椭圆积分得到的周期严格解进行比较,得出在不同摆角时的相对误差,根据实际问题的不同精度要求,选择恰当的近似公式.     

小阻尼简谐激励Mathieu方程的周期稳定性

以复摆与弹簧摆构成的复合摆为例，在一定简化条件下推导出了小阻尼简谐激励Mathieu方程，研究了小阻尼简谐激励Mathieu方程周期解的稳定性，讨论了的影响Mathieu方程周期解稳定性的因素。     

电磁共振摆的实验设计与理论分析

设计出一个电磁共振摆,即周期性磁场作用下运动的复摆.通过实验对其周期、振幅、失稳范围等运动规律进行了研究,并从理论上建立该摆的运动方程,用Matlab进行了数值模拟.     

非线性单摆周期的多尺度微扰解

应用二阶多尺度微扰法研究了非线性单摆的振动周期,得到了一个大角度摆动情况下周期的近似公式.与精确的椭圆积分的级数展开对比发现,在摆角小于90度范围内两者的误差不大于1%.结果表明:多尺度微扰法是研究非线性单摆周期的一种较好的近似方法.     

中学平面解析几何教材中的极坐标定义需改写

笔者在教学中发现,统编《平面解析几何》全一册第2页,关于一点的极坐标定义,老师讲解有难以自圆其说之感,学生听课更难理解掌握.问题就在原定义规定极径ρ表示线段 OM 的长度,极角θ表示 OX 到 OM 的角度,(ρ,θ)叫点 M 的极坐标.(这就是说,ρ取非负实数,θ取全体实数,但θ只表示以 OX 为始边,OM 为终边的角).而第123页又指出,在某些必要的情况下,ρ也允许取负值,规定ρ<0时,点 M(ρ,θ)的位置在极角θ的终边的反向延长线上,即极角θ却表示 OX 到 OM 的反向延长线的角度,并不是 OX 到 OM 的角.这既有前矛后盾之嫌,也从ρ<0时点 M(ρ,θ)的位置的确定规则很难挖掘出ρ取负值的潜在几何意义.这一点老师确实不好讲,学生也很难听懂,勉强地记住,也是生搬硬套,不能灵活应用.     

复摆振动的最小周期园——(惯量张量椭球的实验测定法)

本文利用复摆振动的最小周期园的概念,指出了分别处于最小周期园内外的呼应园与可逆摆、打击中心等表示式的一致性。也用匀质球的最小周期园半径k=0.4~(1/2)R,说明苹果形果实结蒂点深陷的可能的力学原因。另外,还建议了惯量张量椭球的实验测定法。     

局部常化三角函数的万能公式研究单摆周期

应用局部常化思想将三角函数的万能公式局部常化,得到7个新的大摆角单摆周期近似公式.利用曲线拟合的方法确定待定常数,并给出第一类完全椭圆积分的一种简洁的近似公式.将所得周期近似公式及已有近似公式的相对误差进行对比,结果表明所得单摆周期近似公式均具有很高的精度,其中的一个公式具有简洁、高精度、较实用等优点.     

单摆混沌现象的研究

利用MATLAB软件强大的数值计算功能,使用龙格库塔法严格求解无阻尼单摆和有阻尼单摆的运动方程,研究单摆摆长、阻尼系数和初始摆角对单摆运动的影响．研究结果表明：单摆的周期与初始摆角有关,单摆周期随初始摆角的增大而增大;当两种单摆的参数取值处于某些范围肘,均能出现混沌现象;阻尼单摆在正阻尼条件下演化出随机吸引子,在负阻尼条件下演化出随机排斥子．通过计算不同参数值的单摆方程,发现单摆的运动对初始摆角、阻尼系数有很强的依赖性．最后提出了一种衡量混沌系统敏感性的量化指标——敏感系数,计算结果表明,初始摆角、单摆摆长、阻尼系数均能影响单摆的敏感系数．     

摆角、摆长和摆锤大小对摆的周期影响研究

采用理论分析和实验研究相结合的方法,分别研究了摆角、摆长和摆锤大小对摆的周期的影响。在摆角小于5°、摆长在1 m左右和摆锤半径较小时,并忽略空气阻力的情况下,两种理论方法计算的结果与实验测量结果相一致,可把这种摆当作单摆来处理。     

三线摆的非线性振动

研究三线摆的非线性振动，用椭圆函数和椭圆积分表示出振动的解及周期，讨论振动的非线性特征。     

二维Helmholtz方程的改进六阶紧致差分法

为得到求解二维Helmholtz方程的高精度差分法, 构造了一种改进六阶紧致差分格式: 首先, 给出一种带优化参数的六阶紧致差分格式的截断误差; 然后, 对此截断误差的部分项进行二阶紧致逼近, 得到一种改进紧致差分格式; 其次, 对该格式进行了收敛性分析, 证明其为六阶收敛的; 最后, 基于极小化数值频散的思想, 给出该格式优化参数的加细选取策略。与带优化参数的六阶紧致差分格式相比, 数值实验说明改进六阶紧致差分格式的数值精度有了显著提高, 且其误差对波数k的依赖性更低。     

矩形网格非稳态四阶椭圆方程的质量集中有限元法

讨论了矩形网格上非稳态四阶椭圆方程的质量集中有限元方法.首先,给出了所讨论问题的质量集中有限元Crank-Nicolson全离散逼近格式.其次,对讨论问题的解与逼近格式的解之间的误差进行了分析.不需要传统的椭圆投影算子,在各向异性网格下得到了一定模意义下的一些误差估计.