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1、五邑大学物理实验报告班级学号3113003495姓名曾健豪日期2014/11/24实验名称波尔共振实验座号/组数实验器材（预习）ZKY-BG 型波尔共振仪实验目的（预习）：1、研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频率特性和相频特性。2、研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。3、学习用频闪法测定运动物体的某些量，例相位差。实验原理（预习）：物体在周期性外力（即强迫力）的作用下发生的振动称为受迫振动。若外力是按简谐 振动规律变化，则稳定状态时的振动也是简谐振动，此时，振幅保持恒定，振幅的大小与强 迫力的频率和原振动系统的固有频率以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到 强迫力的作
2、用外，同时还受到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度 变化与强迫力变化不是同相位的，存在一个相位差。在无阻尼情况下，当强迫力频率与系统 的固有频率相同时产生共振，此时振幅最大，相位差为 90。当摆轮受到周期性强迫外力矩M = M0coset的作用，并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时（阻尼力矩为一，其运动方程为:丿虫 = -k0 -b- + M cosetdtdt 2dt 0式中，J为摆轮的转动惯量；-妁为弹性力矩；M 为强迫力矩的幅值；e为强迫力的圆频血式（33-1）变为当饥3宅* = 0时，式 即为阻尼振动方程。当0 = 0,即在无阻尼情况时式（史-2）娈药简谐振动方程
3、，至绩的固有區频率为汕 嚨（33-2）的潼解为g =陆犷声七01匕八一庄）一色一虫）（.33-3）由式（3S-3 5可见，受迫振动可分成两部分：第一部分，”Y曲価”一边和初始条件有关，经过一定时间后衰减消失。率。实验步骤（报告）：1实验准备 按下电源开关后，屏幕上出现“世纪中科”界面，稍后屏幕上显示如图33-6 A“按键说明”字样。2选择实验方式：按确认键，再按“ A ”键选定单机模式。3.自由振荡摆轮振幅e与周期To的对应值的测量1）自由振荡实验的目的，是为了测量摆轮的振幅e与周期T。的关系。按确认键，显示如 图33-6 B所示的实验类型（即实验步骤），默认选中项为自由振荡，字体反白为选中再
4、按确 认键显示：如图33-6 C。2）用手转动摆轮160左右，放开手后按“键或键，测量状态由关变为开”, 控制箱开始记录实验数据，振幅的有效数值范围为1：60-50（振幅小于 160测量开，小 于 50测量自动关闭）。测量显示关时，此时数据已保存。3）查询实验数据，可按”键，选中回查，再按确认键如图33-6 D,表示第一次记录的振幅（=134，对应的周期T=1.442 秒,然后按“”键，查看所有记录的数据，填入表33-1内。回查完毕，按确认键，返回到图33-6 C状态。若进行多次测量可重复操作。自由振荡 完成后，按键，选中返回，再按确认键回到前面图33-6 B进行其它实验。4. 测定阻尼系数0
5、 一在图33-6 B状态下，可按“厂”键,选中阻尼振荡，按确认键显示阻尼：如图33-6 E。 阻尼分三个档次，阻尼 1最小，根据自己实验要求选择阻尼档，按确认键显示：如图 33-6 F。阻尼振荡的回查同自由振荡类似，请参照上面操作。5. 测定受迫振动的幅频特性和相频特性 切记：在进行强迫振荡前必须先做阻尼振荡，否则无法实验。（1）仪器在图33-6 B状态下选中强迫振荡，按确认键显示：如图33-6 G默认状态 选中电机。（2）按“”键或“ ”键，让电机启动。此时保持周期为1,仔细观察，待 摆轮和电机的周期相同，特别是振幅已稳定，变化不大于1，表明两者已稳定了，如图33-6 H,方可开始准备测量。
6、（3） 测量前应先选中周期，按“ ”键或“ ”键把周期由1 （如图33-6H）改为10 （如图33-61），（目的是为了减少误差，若不改周期，测量无法打开）。再选中测量， 按下“ ”键或“ ”键，测量打开并记录数据（如图33-61）。一次测量完成，显示测量关后，读取摆轮的振幅值及其周期。再按闪光灯开关测 定受迫振动位移与强迫力矩之间的相位差。（4） 调节强迫力矩周期电位器，改变电机的转速，即改变强迫外力矩圆频率，从而改变电机转动周期。电机转速的改变可按照控制在10左右来定，要求 进行11次以上的测量。数据一并记入表33-3中。数据处理及误差计算（报告）阻尼系数门的计算利用公式（33-9）对所测
7、数据（表33-2）近似用逐差法处理，求出值。t 5pT = ln-i+5式中,i为阻尼振动的周期次数，为第i次振动时的振幅。以T为横轴，日为纵轴，用mm格坐标纸，按作图法处理数据要求，绘制日-T幅频特性曲线，由幅频特性曲线，参考表33-3中日，确定To的近似值To =秒。实验数据：1物理尖验数据记录我竹林報* HI別:$刃辿川并攸20*-20歹第|学期ro列J13Z一强7必竝强8伽L阙崩蔽H怖对诙仞门辭0丽JAJL 可斗 lkISWLZEZEiZL_ JJ22277fJl Mlino肌amZ7TW应 J2LX 丄Al_来丽) jJT iff ui ui fl Util4孔Gt .廿用仏Ivjo
8、 3Uf Jio K3rFimnsi ismwnah泗和初 .沏啦血 i1- y；*.1,-匚OtSra实验结果分析及问题讨论（报告）:1. 作自由振荡实验时，必须记下自由振荡实验时的摆轮周期；2. 强迫振荡实验时，调节仪器面板强迫力周期旋钮，从而改变不同电机转动周期， 必须做311次，其中必须包括在电机转动周期与自由振荡实验时的自由振荡周期相同 的。3. 在作强迫振荡实验时，必须电机与摆轮的周期相同，振幅必须稳定后，方可记录实验 数据。4. 学生做完实验后测量数据必须保存。思考题：1、共振峰对应的/ 0自变量是否为1,为什么？答：不为 1 因为转轮的共振还受到空气阻力，摩擦力等其他力的影响，所以当出现共振 峰时不再是受迫振动的周期相同。2、什么条件下强迫振动的周期与摆轮的周期相同？ 答：共振的时候
