关于受迫振动的实验方法

《关于受迫振动的实验方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、关于受迫振动的实验方法　　摘要：本文通过几种振动系统，观察策动力频率变化时受迫振动的特性。介绍了四种简单的实验装置，实验的操作步骤、实验方法及注意事项等实验要点。　　关键词：受迫振动；螺旋弹簧；电动机；钢板　　【中图分类号】G633.7　　物体在驱动力作用下的振动叫受迫振动，共振是受迫振动中的一个特例。在受迫振动中，当驱动力的频率接近物体的固有频率时，物体的振幅增大，这是因为驱动力的“步调”与物体振动的“步调”接近，通俗地说就是合拍，这时驱动力在物体振动的每个周期内才能给物体做正功，使物体振动的能量增大，因此物体的振幅也就增大，这种现象就叫共振。本文通过几种振动系统，观察策动

2、力频率变化时受迫振动的特性。全面介绍了实验装置、实验步骤、实验要点等。　　1方法一：摆的受迫振动　　1.1仪器装置　　如图-1　　1.2操作与效果　　1.3附释4　　严格地说，本实验装置不是一个受迫振动系统，而是一种耦合振动系统，各个摆通过悬线耦合而相互作用。从实验中可以看到，在开始，两个等长的摆中，轻摆的振动落后于重摆的位相是，能量由重摆传递给轻摆，轻摆的振幅增大。随着时间的推移，位相差逐渐变化为零，轻摆振幅不变。以后轻摆的振动位相趋前，能量发生反方向的传递，轻摆振幅逐渐减小。如此周而复始，轻摆的振动带有拍振的性质；而重摆本身的能量较大，拍振现象并不明显。因此，只有在不长的

3、一段时间内，轻摆的振动可看成是在策动力作用下的受迫振动。　　根据耦合振动理论，摆的拍振频率等于耦合系统的两个简正频率之差。因此，可适当调节简正频率来减小拍振频率。在实验上，是略微减小重摆的摆长（约几个毫米）来减小拍振的频率。这样就可在较长的时间范围内，观察到轻摆的振动比重摆的振动位相落后的现象，受迫振动较为明显，而重摆和轻摆在摆长　　上的微小差别，演示中并不觉察。　　2方法二：重物在螺旋弹簧下的受迫振动　　2.1仪器装置　　本实验的振动系统由螺旋弹簧及弹簧下悬线的木球构成。周期性策动力由转盘、连杆系统对弹簧振子悬点的作用提供。　　2.2操作与效果　　将装置底座放在高处平台上，

4、用桌夹夹紧。平台的高度应使共振时木球不至于与下面的其它东西相碰。　　3方法三：电动机在弹簧基座上的受迫振动　　3.1仪器装置　　如图-34　　弹簧以及弹簧上的电动机构成振动系统，周期性策动力由电动机上偏心轮转动时对电动机机座的反作用提供。　　电动机轴上的偏心轮的大小和偏心的程度，需根据弹簧的劲度决定。若弹簧的劲度较大，则相应地采用大一些和偏心较远的轮子。　　安装电动机的位置，应使偏心轮位于弹簧的正上方，这样整个电动机就偏于一边，因而需在另一边加上平衡用的重物，以便调节重物位置使弹簧基座保持水平，否则电动机转动起来，周期性的策动力使得基座的振动变得复杂。　　整个基座各部分的安装

5、必须牢固可靠，以免振动时松脱。　　3.2操作与效果　　先用桌夹将弹簧基座的木底板与桌面夹紧。　　再将弹簧基座向下压紧，突然撒开手，观察振动系统按固有频率振动的情形。借此对固有频率有大致的印象。　　接通电源，调节调压变压器使电压逐渐增加，可看到电压较小时，电动机转动较慢，电动机上偏心轮作用引起的策动力的频率较低，远离基座的固有频率，因此振动的振幅较小。当电压升高到策动力的频率与固有频率相等时，振动的幅度显著增大，振幅的峰-峰可达10厘米，此时达共振。当电压继续升高时，策动力的频率超过了底座的固有频率，振动的幅度反而下降。　　4方法四：电动机在钢板上的受迫振动　　4.1仪器装置4

6、　　钢板与钢板上的电动机构成振动系统，周期性策动力由电动机上偏心轮转动时对电动机机座的反作用力提供。　　电动机固定在钢板中部，钢板一端用螺丝固定在底座上，另一端浮搁着。　　演示与方法三相同，只是现在的电动机是直流串激电动机，调节电动机转速的方法采用调节串接于电路中的变阻器的电阻。　　4.2操作与效果　　用桌夹将木板基座与桌面夹紧。接通电源，电动机转动起来。调节变阻器，改变电动机的转速，可以看到电动机的转速过大或过缓时，钢板无明显的振动。而当电动机的转速同钢板振动的固有频率相等时，发生共振，钢板强烈地振动起来，钢板浮搁着的一端敲击基座发出较重的嗒嗒声。　　4.3附释　　上述后三

7、种演示受迫振动的方法，都有选择振动系统固有频率的问题。制作中应使固有频率在策动力频率（也就是电动机的可调转速）的中段，这样演示的效果才较明显。　　参考资料　　[1]陈熙谋.物理演示实验[M]（1982年版）.北京大学南京大学物理系演示实验室联合编写高等教育出版社，1982.　　[2]漆安慎，杜婵英.力学[M]（1997年版）.高等教育出版社，1997.　　[3]张雄.物理实验设计与研究[M].科学出版社.　　[4]龚镇雄.普通物理实验[M]（1981年版）.人民教育出版社，1981.4