CN106652700A - 一种pt相变演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PT相变演示装置，包括：第一支架、第二支架、悬绳、滑轮、负载、第一振动摆、第二振动摆、摆动检测模块、测距模块、能量调节模块、控制模块和绘图模块；摆动检测模块生成第一摆动状态信号和第二摆动状态信号；测距模块检测获得第一距离和第二距离；能量调节模块减少第一振动摆的能量而增加第二振动摆的能量；控制模块根据第一摆动状态信号和第二摆动状态信号控制能量调节模块的开启与关闭；绘图模块获得第一距离和第二距离，并根据第一距离绘制第一振动摆的摆动轨迹和根据第二距离绘制第二振动摆的摆动轨迹。本发明提供的PT相变演示装置，提高了对实验数据的处理效率并缩短了实验时间。

Description

一种PT相变演示装置

技术领域

本发明涉及物理测试技术领域，具体涉及一种PT相变演示装置。

背景技术

耦合振动是指几个互相独立的振动通过力、电场或磁场等方式发生关联，从而实现振动间能量转换的过程。耦合振动现象普遍存在，它可能产生危害，也可以被利用。

通过在张紧的悬绳上，对称地系牢2个摆长和质量都相同的震动摆，可以构成一个耦合受迫振动系统。现有技术中，利用上述耦合受迫振动系统进行实验，使用高频摄像机高速摄像来记录摆锤的运动，通过后期对图像的处理可以获得摆锤的运动轨迹。通过改变实验条件，对运动轨迹进行对比分析，可以发现PT(Parity and time-reversal)对称相向破坏的PT对称相的变化，即PT相变。由于采用摄像机对耦合振动的过程进行记录，运动轨迹的获取需要进行后期处理，不能现场用图形演示PT相变的过程，整个实验过程时间较长。

因此，如何提出一种PT相变演示装置，不仅能够模拟耦合摆的振动耦合和能量转换过程，还可以现场观察到PT相变，提高实验数据处理的效率并缩短实验时间成为业界亟待解决的重要课题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种PT相变演示装置。

本发明提供一种PT相变演示装置，包括：

第一支架、第二支架、悬绳、滑轮、负载、第一振动摆、第二振动摆、摆动检测模块、测距模块、能量调节模块、控制模块和绘图模块；

所述第一支架和所述第二支架平行设置，所述第一支架上部安装所述滑轮，所述悬绳一端固定在所述第二支架上部，另一端通过所述滑轮连接所述负载，所述悬绳在所述第二支架上的固定端的高度与所述悬绳与所述滑轮接触的最高点的高度相等；

所述第一振动摆和所述第二振动摆的摆线长度相同，且摆锤质量相等，所述第一振动摆和所述第二振动摆间隔固定在所述第一支架和所述第二支架之间的所述悬绳上，所述第一振动摆距离所述第一支架的距离与所述第二振动摆距离所述第二支架的距离相等；

所述摆动检测模块，用于在检测到所述第一振动摆摆动到第一预设检测位置时生成第一摆动状态信号，以及检测到所述第二振动摆摆动到第二预设检测位置时生成第二摆动状态信号；

所述测距模块，用于检测获得所述第一振动摆距离预设位置的第一距离和所述第二振动摆距离所述预设位置的第二距离；

所述能量调节模块，用于减少所述第一振动摆的能量而增加所述第二振动摆的能量；

所述控制模块，用于根据所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号控制所述能量调节模块的开启与关闭；

所述绘图模块，用于接收所述第一距离和所述第二距离，并根据所述第一距离绘制所述第一振动摆的摆动轨迹和根据所述第二距离绘制所述第二振动摆的摆动轨迹；

所述摆动检测模块和所述能量调节模块分别与所述控制模块相连，所述测距模块与所述绘图模块相连。

本发明提供的PT相变演示装置，通过摆动检测模块分别生成第一摆动状态信号和第二摆动状态信号，测距模块分别测量第一振动摆距离预设位置的第一距离和第二振动摆距离预设位置的第二距离，能量调节模块减少第一振动摆的能量而增加第二振动摆的能量，控制模块根据所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号控制所述能量调节模块的开启与关闭，绘图模块获得第一距离和第二距离，并根据第一距离绘制第一振动摆的摆动轨迹和根据第二距离绘制第二振动摆的摆动轨迹，提高了对实验数据的处理效率并缩短了实验时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例PT相变演示装置的主视结构示意图；

图2为本发明一实施例PT相变演示装置的A向结构示意图；

图3a为本发明一实施例第一振动摆的摆动轨迹示意图；

图3b为本发明一实施例第二振动摆的摆动轨迹示意图；

图4a为本发明另一实施例第一振动摆的摆动轨迹示意图；

图4b为本发明另一实施例第二振动摆的摆动轨迹示意图；

图5a为本发明又一实施例第一振动摆的摆动轨迹示意图；

图5b为本发明又一实施例第二振动摆的摆动轨迹示意图；

附图标记说明：

1-第一支架； 2-悬绳；

3-滑轮； 4-负载；

5-第一振动摆； 6-第二振动摆；

7-摆动检测模块； 8-测距模块；

9-能量调节模块； 10-第二支架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例PT相变演示装置的主视结构示意图，图2为本发明一实施例PT相变演示装置的A向结构示意图，如图1和图2所示，本发明提供的PT相变演示装置包括：第一支架1、第二支架10、悬绳2、滑轮3、负载4、第一振动摆5、第二振动摆6、摆动检测模块7、测距模块8、能量调节模块9、控制模块和绘图模块；

第一支架1和第二支架10平行设置，第一支架1上部安装滑轮3，悬绳2一端固定在第二支架10上部，另一端通过滑轮3连接负载4，悬绳2在第二支架10上的固定端的高度与悬绳2与滑轮3接触的最高点的高度相等；其中，第一支架1和第二支架10之间的距离可以设置为75厘米。

第一振动摆5和第二振动摆6均包括摆线和摆锤两部分，摆线和摆锤固定连接，且第一振动摆5和第二振动摆6的摆线长度相同，且摆锤质量相等，所述摆线长度优选38厘米，所述摆锤质量优选20克，第一振动摆5和第二振动摆6间隔固定在第一支架1和第二支架10之间的悬绳2上，第一振动摆5和第二振动摆6之间的距离可以设置为18厘米，且第一振动摆5距离第一支架1的距离与第二振动摆6距离第二支架10的距离相等；

摆动检测模块7用于在检测到第一振动摆5摆动到第一预设检测位置时生成第一摆动状态信号，以及检测到第二振动摆6摆动到第二预设检测位置时生成第二摆动状态信号，所述第一摆动状态信号表明第一振动摆5经过所述第一预设检测位置，所述第二摆动状态信号表明第二振动摆6经过所述第二预设检测位置，为了便于检测第一振动摆5和第二振动摆6的摆动状态，可以将第一振动摆5摆动的最低点设置为所述第一预设检测位置，可以将第二振动摆6摆动的最低点设置为所述第二预设检测位置；测距模块8用于检测获得第一振动摆5距离预设位置的第一距离和第二振动摆6距离所述预设位置的第二距离；能量调节模块9用于减少第一振动摆5的能量而增加第二振动摆6的能量；所述控制模块用于根据所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号控制所述能量调节模块的开启与关闭；所述绘图模块用于接收所述第一距离和所述第二距离，并根据所述第一距离绘制第一振动摆5的摆动轨迹和根据所述第二距离绘制第二振动摆6的摆动轨迹；摆动检测模块7和能量调节模块9分别与所述控制模块相连，测距模块8与所述绘图模块相连。

第一支架1用于安装滑轮3，第二支架10用于固定悬绳2的一端，负载4用于调节悬绳2的张力，可采用砝码或者施力装置，所述施力装置可以连续调节悬绳2的张力，悬绳2具有弹性，可以采用尼龙绳，便于进行张力调节，通过悬绳2可以实现第一振动摆5和第二振动摆6的耦合，第一振动摆5和第二振动摆6用于演示耦合受迫振动。

本发明提供的PT相变演示装置，在不施加磁力的理想状态下，如果第一振动摆5初始摆幅为极大值，第二振动摆6自由下垂且静止，在受迫振动过程中随着时间变化，第一振动摆5和第二振动摆6的相位是交替变化的，第一振动摆5和第二振动摆6的振幅跟随着相位的变化而改变，在受迫振动过程中没有能量损失的话，能量由第一振动摆5传递到第二振动摆6，第二振动摆6的极大值应与第一振动摆5的初始振幅相同。在第二振动摆6振幅达到极大值后，能量由第二振动摆6传递到第一振动摆5，之后受迫振动过程与能量由第一振动摆5传递到第二振动摆6的振动过程相反。在施加磁力的受迫振动过程中，在能量由第一振动摆5传递到第二振动摆6的过程中，使第一振动摆5周期性地减少部分能量，而使第二振动摆6周期性地增加同样多的能量；而在能量由第二振动摆6传递到第一振动摆5的过程中，依然使第一振动摆5周期性地减少部分能量，而使第二振动摆6周期性地增加同样多的能量；合理设置悬绳2的张力以及周期性调节第一振动摆5和第二振动摆6的能量，可以通过所述绘图模块观察到PT对称相，在观察到PT对称相的基础上，通过增加悬绳2的张力以削弱第一振动摆5和第二振动摆6的耦合程度，以及增加周期性调节的第一振动摆5和第二振动摆6的能量，可以通过所述绘图模块观察到破坏的PT对称相，从而实现对PT相变的演示。

为了更好的理解本发明提供的PT相变演示装置，下面对本发明提供的PT相变演示装置的演示过程进行说明。在进行实验演示前，需要如图1和图2所示，设置所述PT相变演示装置，连接装置的各个部分，检查摆动检测模块7、测距模块8、能量调节模块9、所述绘图模块和所述控制模块是否正常工作。演示时，首先将第一振动摆5设置在与第一支架1和第二支架10所在平面呈预设角度位置且静止，所述预设角度可以为10度，而将第二振动摆6设置在振幅最小位置并稍微偏向与第一振动摆5摆动方向，以保证第二振动摆6的摆动方向与第一振动摆5的摆动方向相反；然后，同时自由释放第一振动摆5和第二振动摆6；在第一振动摆5和第二振动摆6的摆动过程中，摆动检测模块7检测到所述第一振动摆摆动到所述第一预设检测位置时生成第一摆动状态信号，以及检测到所述第二振动摆摆动到所述第二预设检测位置时生成第二摆动状态信号，为了便于检测第一振动摆5和第二振动摆6的摆动状态，可以分别在第一振动摆5和第二振动摆6摆动到最低点时检测摆动状态，根据所述第一摆动状态信号可以获得第一振动摆5的第一摆动次数，根据所述第二摆动状态信号可以获得第二振动摆5的第二摆动次数，所述控制模块根据所述第一摆动次数或者第二摆动次数控制所述能量调节模块的开启与关闭，即在实验过程中，所述控制模块在第一振动摆5奇数次摆动到最低点时控制能量调节模块9减少第一振动摆5的能量，而在第二振动摆6奇数次摆动到最低点时控制能量调节模块9增强第二振动摆6的能量；测距模块8分别测量所述第一振动摆距离所述预设位置的第一距离和所述第二振动摆距离所述预设位置的第二距离，所述绘图模块接收测距模块8发送的所述第一距离和所述第二距离，并根据所述第一距离绘制所述第一振动摆的摆动轨迹，根据所述第二距离绘制所述第二振动摆的摆动轨迹。通过合理设置悬绳2的张力、能量调节模块9增加以及减少的能量，重复上述实验过程，即可实现PT相变的演示。为了便于实验，摆动检测模块7和能量调节模块9可以分别采用独立电源供电，所述独立电源可充电，提供摆动检测模块7和能量调节模块9所需的额定直流电压。

本发明提供的PT相变演示装置，通过摆动检测模块分别生成第一摆动状态信号和第二摆动状态信号，测距模块分别测量第一振动摆距离预设位置的第一距离和第二振动摆距离预设位置的第二距离，能量调节模块减少第一振动摆的能量而增加第二振动摆的能量，控制模块根据所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号控制所述能量调节模块的开启与关闭，绘图模块获得第一距离和第二距离，并根据第一距离绘制第一振动摆的摆动轨迹和根据第二距离绘制第二振动摆的摆动轨迹，提高了对实验数据的处理效率并缩短了实验时间。

在上述实施例的基础上，进一步地，摆动检测模块7包括一对激光发射器和激光接收器以及两个挡光片，所述两个挡光片分别固定在第一振动摆5和第二振动摆6的摆锤底部；所述一对激光发射器和激光接收器固定设置在同一直线上，在第一振动摆5或者第二振动摆6位于最低点时，所述挡光片遮挡所述激光器产生的激光束。

具体地，摆动检测模块7包括一对激光发射器和激光接收器，所述一对激光发射器以及所述激光接收器固定设置在同一直线上，当所述激光发射器接通电源后，可以产生直径2mm的激光束，所述激光接收器可以接收所述激光发射器发射的激光束。摆动检测模块7还包括两个挡光片，所述挡光片分别固定在第一振动摆5和第二振动摆6的摆锤底部，在第一振动摆5或者第二振动摆6位于最低点时，所述挡光片遮挡一个所述激光器产生的激光束。所述激光接收器有一个输出端口，可以输出电压。如果所述挡光片遮挡所述激光发射器发射的激光束，所述激光接收器的输出端口产生高电平，否则产生低电平。根据所述高电平或者低电平即可记录第一振动摆5或者第二振动摆6的摆动次数，由于在第一振动摆5位于最低点时，所述挡光片遮挡所述激光器产生的激光束，所以在所述激光接收器产生高电平时，第一振动摆5位于最低点，同理第二振动摆6对应的所述激光接收器产生高电平时，第二振动摆6位于最低点。

在上述各实施例的基础上，进一步地，测距模块8包括两个超声测距单元、反射板和计算单元，所述两个超声测距单元分别固定设置在第一振动摆5和第二振动摆6上，所述反射板设置在所述预设位置，所述计算单元分别与所述两个超声测距单元相连，用于计算获得所述第一距离和所述第二距离。

具体地，为了检测获得所述第一距离和所述第二距离，分别在第一振动摆5和第二振动摆6上固定设置所述超声测距单元，例如可以固定设置在第一振动摆5和第二振动摆6的摆锤上，并在预设位置处设置所述反射板，所述反射板能够发射所述超声测距单元产生的超声波且不影响所述第一振动摆5和第二震动摆6的摆动。在第一振动摆5和第二振动摆6摆动的过程中，所述超声测距单元自动每间隔预设时间向所述反射板发射超声波，并且自动接收反射回来的信号，从而获得超声测距单元发射和接收所述超声波的时间数据，所述计算单元根据从所述超声测距单元获得的所述时间数据，可以计算出第一振动摆5距离所述反射板的第一距离和第二振动摆6距离所述反射板的第二距离。所述反射板的预设位置可以根据实际情况进行设置，本发明实施例不做限定。

所述计算单元可以采用设置在Arduino开发板上的可编程运算及控制器，在接收到超声测距单元发射的时间数据后，根据设定的公式计算出所述第一距离和第二距离。

在上述各实施例的基础上，进一步地，能量调节模块9包括两个电磁铁、两个继电器和两个铁片，所述两个铁片分别设置在第一振动摆5和第二振动摆6的摆线上，设置在第一振动摆5上的铁片距离第一振动摆5在悬绳2上的固定端预设距离，设置在第二振动摆6上的铁片距离第二振动摆6在悬绳2上的固定端所述预设距离，所述两个电磁铁相对于悬绳2同侧设置，且分别与所述两个铁片对应设置，所述继电器与所述电磁铁连接，所述继电器与所述控制模块相连。

具体地，在实验中，需要使第一振动摆5周期性地减少部分能量，而第二振动摆6周期性地增加同样多的能量，分别在第一振动摆5和第二振动摆6的摆线上设置铁片，设置在所述第一振动摆上的铁片距离所述第一振动摆在所述悬绳上的固定端预设距离，设置在所述第二振动摆上的铁片距离所述第二振动摆在所述悬绳上的固定端所述预设距离，所述预设距离可以为10厘米，所述预设距离根据实际情况进行设置，本发明实施例不做限制。所述两个电磁铁相对于所述悬绳同侧设置，且分别与所述两个铁片一一对应，所述电磁铁可以通过支撑架设置在与所述铁片对应的位置，在第一振动摆5或者第二振动摆6自由下垂时，所述铁片与所述电磁铁中心的距离可以设定为3厘米。与第一振动摆5的摆线上的铁片对应设置的所述电磁铁，与一个所述继电器连接，在第一振动摆5远离所述电磁铁方向摆动时通电吸引所述铁片，例如通电30ms，从而实现减少第一振动摆5的能量，而与第二振动摆6的摆线上的铁片对应设置的所述电磁铁，与另一个所述继电器连接，在第二振动摆6靠近所述电磁铁方向摆动时通电吸引所述铁片，例如通电30ms，从而实现增强第二振动摆6的能量。所述继电器与所述控制模块相连，所述控制模块通过所述继电器对能量调节模块9进行控制

在实验中，所述电磁铁通过设置高低档位，实现对第一振动摆5减少的能量或者第二振动摆6增加的能量的调节，所述电磁铁的高低档位可以通过如下方式实现：在与电磁铁串联的电路中增加一个带有电阻的支路，若要使用低档位，则使电磁铁与电阻串联，由于电阻分压而降低电磁铁工作电压；若使用高档位则连接不带电阻的干路，使电磁铁电压为额定电压。可理解的是，通过更改电阻的值即可实现对电磁铁磁力的调节。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述控制模块包括获取单元、可编程运算及控制器单元和输出单元，所述获取单元和所述输出单元分别与所述可编程运算及控制器单元连接，其中：

所述获取单元，用于获取所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号；所述可编程运算及控制器单元，用于根据所述第一摆动状态信号或者所述第二摆动状态信号产生控制指令，所述控制指令用于控制所述能量调节模块的开启与关闭；所述输出单元，用于将所述控制指令传输至所述能量调节模块。

具体地，所述控制模块可以采用Arduino开发板，所述获取单元获取摆动检测模块7的产生的所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号，所述可编程运算及控制器根据所述第一摆动状态信号或者所述第二摆动状态信号产生控制指令，例如所述可编程运算及控制器根据所述第一摆动状态信号可以计算获得第一振动摆5的第一摆动次数和根据所述第二摆动状态信号可以计算获得第二振动摆5的第二摆动次数，当判断出所述第一摆动次数或者所述第二摆动次数是奇数时，产生用于控制所述能量调节模块的控制指令，然后通过输出单元将所述控制指令发送至所述能量调节模块，实现对能量调节模块的开启和关闭控制。所述可编程控制器运行的程序可以通过Arduino软件上传至Arduino开发板，所述输出单元可以是Arduino的管脚，以高低电平的形式输出所述控制指令，所述获取单元可以是Arduino的管脚。

例如，在实验过程中，所述获取单元获取到所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号后，所述可编程运算及控制器单元根据所述第一摆动状态信号计算获得第一振动摆5的第一摆动次数和根据所述第二摆动状态信号计算获得第二振动摆5的第二摆动次数，当判断出第一摆动次数为奇数时，则通过所述输出单元发送所述控制指令至控制能量调节模块9减少第一振动摆5的能量，而所述可编程运算及控制器判断出所述第二摆动次数为奇数时，通过所述输出单元发送所述控制指令至控制能量调节模块9增加第二振动摆6的能量。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述绘图模块包括数据接收单元和绘图单元，所述数据接收单元与所述绘图单元连接，其中：

所述数据接收单元，用于接收所述第一距离和所述第二距离；

所述绘图单元，用于根据所述第一距离绘制所述第一振动摆的摆动轨迹和根据所述第二距离绘制所述第二振动摆的摆动轨迹。

具体地，所述数据接收单元接收所述测距单元发送的所述第一距离和所述第二距离。所述绘图单元根据所述第一距离绘制所述第一振动摆的摆动轨迹，并根据所述第二距离绘制所述第二振动摆的摆动轨迹。所述绘图单元可以是安装有Serial Chart绘图软件的PC机，所述数据接收单元可以是PC机串行端口，Serial Chart绘图软件可以同时接收多个串口发送的数据，并将接收到的数据显示在软件的“Data”框中。所述Serial Chart绘图软件可以根据预设的绘图方式，将接收到的数据绘制成图形。在本发明中，所述Serial Chart绘图软件可以根据接收到的第一振动摆5的所述第一距离和第二振动摆6的第二距离数据分别绘制出第一振动摆5和第二振动摆6的摆动轨迹，并显示在屏幕上。

在上述各实施例的基础上，进一步地，本发明提供的PT相变演示装置还包括工作指示模块，所述工作指示模块与所述控制模块相连，其中：所述工作指示模块用于指示所述装置的开启状态与关闭状态以及能量调节模块9的工作状态。

具体地，所述工作指示模块可以包括红蓝两种发光二极管，在所述控制模块通电后，红色发光二极管保持长亮，指示所述装置处于开启装置，可以开始进行实验，所述红色发光二极管不亮时，指示所述装置处于关闭状态。在实验过程中，为了便于观察能量调节模块9工作是否正常，可以采用蓝色发光二极管指示能量调节模块9的工作状态，当能量调节模块9工作时，即削弱第一振动摆5的能量或者增加第二振动摆6的能量时，蓝色二极管亮，当能量调节模块9停止工作时蓝色二极管灭。因此，通过蓝色发光二极管的亮灭和观察到的第一振动摆5和第二振动摆6运动状态，可以直观地判断能量调节模块9是否正常工作。

在上述各实施例的基础上，进一步地，本发明实施例提供的PT相变演示装置包括第一支架1、第二支架10、悬绳2、滑轮3、负载4、第一振动摆5、第二振动摆6，摆动检测模块7包括一对激光发射器和激光接收器以及两个挡光片，且摆动检测模块在第一振动摆5摆动到最低点时生成第一摆动状态信号，在第二振动摆6摆动到最低点时生成第二摆动状态信号，测距模块8包括两个超声测距单元、反射板和计算单元，所述计算单元设置在Arduino开发板上；能量调节模块9包括两个电磁铁、两个继电器和两个铁片、所述控制模块采用Arduino开发板和所述绘图模块采用Serial Chart串口绘图软件，所述工作指示模块采用红蓝两种发光二极管。设置第一支架1和所述第二支架10之间的距离为75厘米，第一振动摆5和第二振动摆6之间的距离为38厘米，第一振动摆5和第二振动摆6的摆长均为38厘米，摆锤均为20克，所述铁片距离悬绳的垂直距离为10厘米，在第一振动摆5和第二振动摆6自由下垂时，所述铁片距离所述电磁铁3厘米，负载4采用秤砣。利用上述PT相变演示装置进行实验。

图3a为本发明一实施例第一振动摆的摆动轨迹示意图，图3b为本发明一实施例第二振动摆的摆动轨迹示意图，采用上述PT相变演示装置进行实验，初始负载2重量为200克，在实验过程中，所述能量调节模块9不工作，即不对所述两个电磁铁通电，最终获得如图3a所示的第一振动摆5的摆动轨迹示意图和如图3b所示的第二振动摆6的摆动轨迹示意图。通过图3a和图3b，可知拉比震荡(Rabi oscillation)在实验过程中一直保持，第一振动摆5和第二振动摆6振幅的轻微衰减是由于摩擦力的存在。

图4a为本发明另一实施例第一振动摆的摆动轨迹示意图，图4b为本发明另一实施例第二振动摆的摆动轨迹示意图，依然采用上述PT相变演示装置进行实验，更改负载2的重量为300克，以增加悬绳2的张力减少第一振动摆5和第二振动摆5的耦合，在实验过程中，使所述电磁铁产生较弱磁力，即将所述电磁铁置于低档位，最终获得如图4a所示的第一振动摆5的摆动轨迹示意图和如图4b所示的第二振动摆6的摆动轨迹示意图。通过图4a和图4b，可知拉比震荡在实验过程中依然存在，在实验过程中系统处于PT对称。

图5a为本发明又一实施例第一振动摆的摆动轨迹示意图，图5b为本发明又一实施例第二振动摆的摆动轨迹示意图，还采用上述PT相变演示装置进行实验，增加负载2重量至800克，进一步增加悬绳2的张力从而进一步削弱第一振动摆5和第二振动摆5的耦合之间的耦合，在实验过程中，使所述电磁铁产生更强的磁力，即将所述电磁铁置于高档位，并最终获得如图5a所示的第一振动摆5的摆动轨迹示意图和如图5b所示的第二振动摆6的摆动轨迹示意图。通过图5a和图5b，观察到第一振动摆5和第二振动摆6的振幅均接近某一固定值并保持不变，可知Rabi震荡已经停止，此时PT对称已经被破坏，也就是系统从未破坏的PT对称相向破坏的PT对称相的转变，即发生了PT相变。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种PT相变演示装置，其特征在于，包括：

第一支架、第二支架、悬绳、滑轮、负载、第一振动摆、第二振动摆、摆动检测模块、测距模块、能量调节模块、控制模块、绘图模块；

所述第一支架和所述第二支架平行设置，所述第一支架上部安装所述滑轮，所述悬绳一端固定在所述第二支架上部，另一端通过所述滑轮连接所述负载，所述悬绳在所述第二支架上的固定端的高度与所述悬绳与所述滑轮接触的最高点的高度相等；

所述第一振动摆和所述第二振动摆的摆线长度相同，且摆锤质量相等，所述第一振动摆和所述第二振动摆间隔固定在所述第一支架和所述第二支架之间的所述悬绳上，所述第一振动摆距离所述第一支架的距离与所述第二振动摆距离所述第二支架的距离相等；

所述摆动检测模块，用于在检测到所述第一振动摆摆动到第一预设检测位置时生成第一摆动状态信号，以及检测到所述第二振动摆摆动到第二预设检测位置时生成第二摆动状态信号；

所述测距模块，用于检测获得所述第一振动摆距离预设位置的第一距离和所述第二振动摆距离所述预设位置的第二距离；

所述能量调节模块，用于减少所述第一振动摆的能量而增加所述第二振动摆的能量；

所述控制模块，用于根据所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号控制所述能量调节模块的开启与关闭；

所述绘图模块，用于接收所述第一距离和所述第二距离，并根据所述第一距离绘制所述第一振动摆的摆动轨迹和根据所述第二距离绘制所述第二振动摆的摆动轨迹；

所述摆动检测模块和所述能量调节模块分别与所述控制模块相连，所述测距模块与所述绘图模块相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摆动检测模块包括一对激光发射器和激光接收器以及两个挡光片，所述两个挡光片分别固定在所述第一振动摆和所述第二振动摆的摆锤底部；所述一对激光发射器和激光接收器固定设置在同一直线上，在所述第一振动摆或者所述第二振动摆位于最低点时，所述挡光片遮挡所述激光器产生的激光束。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测距模块包括两个超声测距单元、反射板和计算单元，所述两个超声测距单元分别固定设置在所述第一振动摆和所述第二振动摆上，所述反射板设置在所述预设位置，所述计算单元分别与所述两个超声测距单元相连，用于计算获得所述第一距离和所述第二距离。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量调节模块包括两个电磁铁、两个继电器和两个铁片，所述两个铁片分别设置在所述第一振动摆和所述第二振动摆的摆线上，设置在所述第一振动摆上的铁片距离所述第一振动摆在所述悬绳上的固定端预设距离，设置在所述第二振动摆上的铁片距离所述第二振动摆在所述悬绳上的固定端所述预设距离，所述两个电磁铁相对于所述悬绳同侧设置，且分别与所述两个铁片对应设置，所述继电器与所述电磁铁连接，所述继电器与所述控制模块相连。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括获取单元、可编程运算及控制器单元和输出单元，所述获取单元和所述输出单元分别与所述可编程运算及控制器单元连接，其中：

所述获取单元，用于获取所述第一摆动状态信号和所述第二摆动状态信号；

所述可编程运算及控制器单元，用于根据所述第一摆动状态信号或者所述第二摆动状态信号产生控制指令，所述控制指令用于控制所述能量调节模块的开启与关闭；

所述输出单元，用于将所述控制指令传输至所述能量调节模块。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绘图模块包括数据接收单元和绘图单元，所述数据接收单元与所述绘图单元连接，其中：

所述数据接收单元，用于接收所述第一距离和所述第二距离；

所述绘图单元，用于根据所述第一距离绘制所述第一振动摆的摆动轨迹和根据所述第二距离绘制所述第二振动摆的摆动轨迹。

7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，还包括工作指示模块，所述工作指示模块与所述控制模块相连，其中：

所述工作指示模块，用于指示所述装置的开启状态与关闭状态以及所述能量调节模块的工作状态。