圆锥摆

• 研究的物理现象:有驱动力情况下的圆锥摆的运动现象
• 涉及的物理原理（初步判断）：圆锥摆知识，牛顿力学下的混沌原理，部分空气动力学原理。
• 相关的物理量：圆锥摆周期，摆的半径、张角，线的长度、质量、材料，摆锤的质量、形状、材料，引擎策动力、转速，悬垂臂的长度。
• 拟采取的实验方案及所需的实验器材（可以有多种方案，请按可行性排列）
• 实验器材：马达，不同材料的绳子，不同材料、质量、形状的摆锤、动力传导装置。改造过的光电门，黑箱，光屏，光感应装置，高速摄像机。
• 实验计划：
  1. 1.组装如图装置
  2. 2.开启装置，通过小球在下方的光感应屏幕上的投影记录小球的实时轨迹（或用高速摄像机连拍记录轨迹），再通过轨迹计算摆张角。通过光电门的数据分析小球周期。
  3. 3.改变实验条件，记录数据，绘出张角、周期等因变量与绳长、绳材料、马达驱动周期、悬臂长、摆锤形状、质量等自变量的关系图。
  4. 4.分析得到的数据，进行分析。
• 下一周拟开展的探索计划：
• 实验：搭建实验装置，测试运行状况，初步记录数据。在接下来的几周内改变不同的自变量，分别实验。
• 理论：学习牛顿混沌理论与部分空气动力学知识。

4.17日，我们组在实验装置还在加工的情况下，通过手转动摆线的方式来进行了预实验。具体过程如下：
1.先随意转动，发现滞后现象时有时无，最明显时落后半圈之多。考虑是手甩动摆线时手的轨迹与圆相差太多，于是在一个开有较大圆形开口的台面上，用两根手指夹住摆绳，并且将手指贴着开口进行圆周运动，使手的转动尽量接近匀速圆周运动，然后在下方用手机拍摄。
2.观察拍摄视频后发现，在手的转速较慢时，滞后现象明显，摆球的轨迹总体接近圆。而当提高手的转速时，摆的轨迹趋向于椭圆，但摆的周期和手一致。
3.增长了摆绳长度，发现滞后现象变得明显。

  4.18日，我们组在实验装置加工完毕，进行组装。预计通过HST-884A的控制器来控制步进电机。然后接成电路

但是步进电机并没有能转动工作。 分析可能原因：1.直流电源与使能信号未达到24v与5v的标准。

            2.可能接线处接触电阻较大，导致分压较大，使使能信号未达到5v。

明天尝试解决方案：1.用万用电表测试两者电压，看是否达到实验要求。如若没有达到，可能考虑再次换直流稳压电源

                 2.再仔细观察接线处是否有大量锈迹，若有，则用砂纸磨去金属锈迹。

  4月20日，关于前几天的电机不能转动的问题，发现是CHb的output按钮没有开。打开之后，电机可以正常工作。但摆臂在每一次实验之后都会略有松动，需要用螺丝刀旋转螺丝加固。

我们组先进行了对于电机频率这个变量的实验。我们取悬臂长为10cm与8cm，摆线长为6cm，电机频率为0.8Hz、1.0Hz、1.2Hz、1.4HZ、1.6Hz进行了2组共10次实验，想要观察轨迹与电机频率的关系。观察实验视频后，发现轨迹呈椭圆形，并且轨迹会有规律的向内凹陷。同时随着频率增大，轨迹向内凹陷的周期会增长。且椭圆轨迹总体在左右移动。

“搭建实验装置”：计划搭建怎样的装置？结构如何？设计合理吗？用什么材料？工期大概多久？要及早开始做实验！没有装置，或者只有简易装置，手动能否做实验？ — 乐永康 2016/03/22 22:44

回答：装置已设计完成，正在搭建中，搭建完毕后会上传图片；手动可做粗测，并结合理论分析对实验进行预测，但由于参数难以精确控制，不能用手动实验的结果做数据处理。