东南大学物理实验报告-受迫振动
受迫振动实验报告

受迫振动实验报告
实验目的:
1. 观察受迫振动现象;
2. 研究受迫振动的频率与外力频率之间的关系。
实验原理:
受迫振动是指在一个振动系统中加入外力的情况下,振动系统受到外力的作用而发生振动。
受迫振动的频率与外力频率有关,外力频率等于振动系统的固有频率时,振动幅度最大。
实验器材:
1.弹簧振子;
2.外力源;
3.震动台。
实验步骤:
1.将弹簧振子固定在震动台上,并调整弹簧振子的松紧程度,
使其能够产生自由振动。
2.将外力源连接到弹簧振子上,并调节外力源的频率,使其与
弹簧振子的固有频率相等。
3.观察弹簧振子的振动情况,并记录其振动幅度。
4.逐渐调整外力源的频率,观察和记录弹簧振子的振动情况。
5.根据观察结果,绘制受迫振动的振幅-频率图。
实验结果:
1.当外力频率等于弹簧振子的固有频率时,振动幅度最大。
2.当外力频率与弹簧振子的固有频率有一定的偏差时,振动幅
度逐渐减小。
实验结论:
通过实验可以得出以下结论:
1.受迫振动的频率与外力频率之间存在关系,外力频率等于振动系统的固有频率时,振动幅度最大。
2.外力频率与振动系统的固有频率存在偏差时,振动幅度逐渐减小。
3.受迫振动是一种通过外力作用使振动系统发生振动的现象。
实验总结:
本实验通过观察弹簧振子的受迫振动现象,研究了受迫振动的频率与外力频率之间的关系。
通过实验可以进一步了解振动现象,并且掌握了观察和记录实验现象的方法。
受迫振动的实验报告

受迫振动的实验报告实验报告:受迫振动一、实验目的:1. 了解受迫振动的基本概念和特性;2. 掌握受迫振动系统的建模和分析方法;3. 验证理论分析模型与实验结果的一致性。
二、实验器材和仪器:1. 受迫振动装置(包括弹簧、质量块、驱动器等);2. 实验台;3. 示波器;4. 动力计。
三、实验原理与内容:1. 受迫振动的基本概念:受迫振动是指振动系统在外界周期性作用力的驱动下发生的振动。
外力的周期性变化会使振动系统发生非简谐振动,其振幅和频率与驱动力的特性有关。
2. 实验装置和建模:实验中使用的受迫振动装置由一个弹簧和一个质量块组成。
弹簧与质量块形成振动系统,驱动器通过周期性的施加力将振动系统带入受迫振动状态。
建立受迫振动系统的模型时,可以将振动系统简化为单自由度振动系统,并假设该系统的阻尼为零。
通过对质量块的运动进行观察和分析,可以得到受迫振动系统的振幅和频率等特性。
3. 实验步骤:(1)将实验装置稳固地安装在实验台上,并将驱动器与质量块相连接;(2)调节驱动器的频率和振幅,观察质量块的振动情况;(3)记录不同驱动频率下质量块的振幅和相位差。
四、实验结果与数据处理:1. 驱动频率-振幅曲线:将驱动频率作为横坐标,振幅作为纵坐标绘制曲线图。
根据实验数据得到的曲线,可以观察到受迫振动系统的共振现象,并可以确定共振频率和振幅。
2. 驱动频率-相位差曲线:将驱动频率作为横坐标,相位差作为纵坐标绘制曲线图。
根据实验数据得到的曲线,可以判断受迫振动系统的相位差与驱动频率的关系。
3. 对比理论模型与实验数据:将实验得到的驱动频率-振幅曲线和相位差曲线与理论模型进行对比。
通过对比可以评估理论模型的准确性和适用范围。
五、实验结论与讨论:1. 根据实验结果可以得出受迫振动系统具有共振现象,在共振频率附近振幅显著增大。
2. 实验数据与理论模型的对比结果显示,理论模型能够较好地描述受迫振动系统的振幅和相位差特性。
3. 受迫振动实验可能存在的误差主要来自驱动器的精度和实验环境的影响。
受迫振动研究实验报告

受迫振动研究实验报告受迫振动研究实验报告一、实验目的本实验旨在通过实验手段,探究受迫振动现象及其规律,了解振动的幅值、频率、阻尼等因素对受迫振动的影响,并掌握减振降噪的方法。
二、实验原理受迫振动是指物体在周期性驱动力作用下的往复运动。
本实验中,我们将采用电动振动台作为驱动力,使实验物体产生受迫振动。
振动台的振幅、频率和阻尼均可调,以便探究不同因素对受迫振动的影响。
三、实验步骤1.准备实验器材:电动振动台、位移传感器、力传感器、数据采集器、电脑等。
2.将位移传感器和力传感器固定在振动台上,连接数据采集器与电脑,启动数据采集系统。
3.将待测物体放置在振动台上,调整物体的质量、刚度和阻尼等参数。
4.设定振动台的振幅、频率和阻尼,启动振动台,使物体产生受迫振动。
5.通过电脑实时监测位移和力的变化情况,记录多组数据。
6.对实验数据进行处理和分析,绘制受迫振动的幅频图和相频图。
7.改变振动台的振幅、频率和阻尼,重复步骤3至6,探究不同因素对受迫振动的影响。
8.根据实验结果,分析振动的幅值、频率、阻尼等因素对受迫振动的影响,并探讨减振降噪的方法。
四、实验结果及分析1.实验结果在实验过程中,我们分别设定了不同的振幅、频率和阻尼,并记录了相应的位移和力数据。
通过对数据的处理和分析,我们得到了不同因素下的受迫振动的幅频图和相频图。
2.数据分析与结论(1)振幅对受迫振动的影响:随着振幅的增加,物体的振动幅度增大。
当振幅增大到一定程度时,物体的振动幅度将趋于稳定。
这一现象表明,当驱动力足够大时,物体的振动将达到一个稳定的极限值。
(2)频率对受迫振动的影响:随着频率的增加,物体的振动幅度减小。
当频率增大到一定程度时,物体的振动幅度将趋于零。
这一现象表明,高频率的驱动力对物体的影响较小。
(3)阻尼对受迫振动的影响:随着阻尼的增加,物体的振动幅度减小。
当阻尼增大到一定程度时,物体的振动幅度将趋于零。
这一现象表明,阻尼大的物体对外部扰动的抵抗能力较强。
受迫振动的研究实验报告

受迫振动的研究实验报告一、引言。
受迫振动是物理学中一个重要的研究课题,它在许多领域都有着重要的应用,如机械工程、电子工程、生物医学工程等。
本实验旨在通过对受迫振动的研究,探讨受迫振动的特性及其在实际应用中的意义。
二、实验原理。
受迫振动是指在外力作用下,振动系统产生的振动。
在本实验中,我们将研究的对象定为单摆系统。
单摆系统是一个典型的受迫振动系统,它由一个质点和一根不可伸长的细线组成,质点受到重力作用而产生周期性的振动。
当外力施加在单摆系统上时,就会产生受迫振动。
三、实验内容。
1. 实验仪器,单摆装置、振动传感器、数据采集系统等。
2. 实验步骤:a. 将单摆装置悬挂好,并调整至静止状态。
b. 将振动传感器连接至数据采集系统,并将数据采集系统连接至计算机。
c. 施加外力,记录单摆系统的振动数据。
d. 分析数据,得出受迫振动的特性参数。
四、实验结果与分析。
通过实验数据的采集与分析,我们得出了如下结论:1. 受迫振动的频率与外力的频率相同,且振幅受到外力的影响。
2. 外力的频率与振幅的变化会影响受迫振动的稳定性。
3. 受迫振动的共振现象会在特定的外力频率下出现。
五、实验结论。
本实验通过对单摆系统的受迫振动进行研究,得出了受迫振动的特性及其在实际应用中的意义。
受迫振动在机械工程、电子工程、生物医学工程等领域都有着重要的应用价值,对其特性的深入了解有助于我们更好地应用于实际工程中。
六、实验总结。
通过本次实验,我们对受迫振动的特性有了更深入的了解,同时也认识到了受迫振动在实际应用中的重要性。
希望通过今后的学习与实践,能够更好地将受迫振动理论运用于工程实践中,为相关领域的发展做出贡献。
七、致谢。
在本次实验中,感谢所有参与实验的同学们的辛勤劳动和支持,也感谢实验中得到的指导和帮助。
以上就是本次实验的全部内容,希望对受迫振动的研究有所帮助。
受迫振动实验报告

受迫振动实验报告通过实验,掌握受迫振动的基本原理,了解振动现象的特征,以及掌握测量受迫振动的方法和技巧。
二、实验原理受迫振动是指在外力作用下,振动系统产生的振动现象。
在实验中,我们将通过一个简单的受迫振动模型来研究这种现象。
模型由一个弹簧和一个质点组成,弹簧的一端固定,另一端连接质点。
当外力作用于质点时,质点将产生振动。
我们将通过改变外力的频率和振幅,来观察振动现象的变化。
三、实验步骤1、将弹簧固定在实验台上,调整弹簧的长度,使其与实验台平行。
2、将质点连接至弹簧的一端,调整质点的位置,使其悬挂在弹簧下方。
3、将振动源连接至质点上,调整振动源的频率和振幅,使其产生受迫振动。
4、通过振动传感器测量质点的振动幅度和频率,记录数据。
5、改变振动源的频率和振幅,重复步骤4,记录数据。
6、根据数据计算质点的振动周期和振动频率。
四、实验结果在实验中,我们通过改变振动源的频率和振幅,观察了质点的振动现象。
我们发现,当振动源的频率与质点的自然频率相同时,质点的振幅最大。
当振动源的频率与质点的自然频率不同时,质点的振幅会逐渐减小。
当振动源的频率过大或过小时,质点无法产生受迫振动。
我们还通过测量数据,计算了质点的振动周期和振动频率。
根据计算结果,我们可以得出质点的自然频率,并与实验结果进行比较。
通过比较,我们可以验证实验结果的准确性。
五、实验分析受迫振动是一种非常常见的现象,我们可以在日常生活中的许多场景中观察到这种现象。
例如,当我们在汽车上行驶时,车辆的振动就是一种受迫振动。
通过实验,我们可以更加深入地了解这种现象的特征和规律,从而更好地理解物理学中的振动理论。
在实验中,我们还学习了测量受迫振动的方法和技巧。
这些技能对于我们进行物理实验和科学研究都非常重要。
我们应该认真掌握这些技能,并在今后的学习和工作中加以应用。
六、实验结论通过本次实验,我们深入了解了受迫振动的基本原理和特征。
我们通过观察振动现象和测量数据,验证了物理学中的振动理论。
受迫振动实验实验报告

一、实验目的1. 理解受迫振动的概念,掌握受迫振动的特性。
2. 通过实验观察受迫振动现象,验证受迫振动的幅频特性和相频特性。
3. 研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观察共振现象。
4. 学习用频闪法测定运动物体的某些量,如相位差。
二、实验原理1. 受迫振动:物体在周期外力的持续作用下发生的振动称为受迫振动,这种周期性的外力称为策动力。
如果外力是按简谐振动规律变化,那么稳定状态时的受迫振动也是简谐振动。
此时,振幅保持恒定,振幅的大小与策动力的频率和原振动系统无阻尼时的固有振动频率以及阻尼系数有关。
2. 幅频特性:当策动力的频率与系统的固有频率相同时,系统产生共振,振幅最大。
3. 相频特性:在稳定状态时,物体的位移与策动力变化相位不同,存在一个相位差。
4. 频闪法:通过观察物体在特定频率下闪烁的次数,可以测量物体的运动周期,从而求得相位差。
三、实验仪器1. 波尔共振仪2. 频闪仪3. 秒表4. 直尺5. 数据采集器四、实验步骤1. 将波尔共振仪安装好,调整摆轮使其自由摆动。
2. 开启波尔共振仪,设置策动力频率,观察摆轮的振动情况。
3. 使用频闪仪拍摄摆轮振动图像,通过频闪法测定摆轮的运动周期。
4. 记录不同频率下的摆轮振幅,绘制幅频特性曲线。
5. 调整阻尼力矩,观察摆轮振动情况,记录不同阻尼力矩下的振幅。
6. 分析实验数据,验证受迫振动的幅频特性和相频特性。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示,随着策动力频率的增加,摆轮振幅先增大后减小,并在某一频率下达到最大值,即共振现象。
2. 当阻尼力矩增加时,摆轮振幅逐渐减小,共振频率不变。
3. 通过频闪法测定摆轮的运动周期,可以得到相位差。
4. 实验结果与理论分析相符,验证了受迫振动的幅频特性和相频特性。
六、实验结论1. 受迫振动是物体在周期外力作用下发生的振动,其振幅与策动力频率、固有频率和阻尼系数有关。
2. 当策动力频率与固有频率相同时,系统产生共振,振幅最大。
受迫振动实验报告总结

受迫振动实验报告总结实验目的本实验旨在通过研究受控物体在受迫力作用下的振动特点,探讨谐振、共振、幅频特性等相关问题,加深对振动现象的理解。
实验装置和原理实验采用了一套受迫振动实验装置,包括:一个悬挂在弹性杆上的实验物体、一对电磁线圈、一个频率调节器、一个信号发生器、一个振动测量装置。
其中实验物体连接电磁线圈,当电磁线圈通过交流电流时,对实验物体施加周期性的受迫力。
实验步骤1. 将实验物体悬挂在弹性杆上,并调整实验物体的位置,使其处于自由落体平衡状态。
2. 调节频率调节器,采用不同的频率进行实验,观察实验物体的振动情况,并记录测得的数据。
3. 利用信号发生器调节电磁线圈的交流电流频率,将频率调至实验物体的谐振频率附近,观察实验物体的共振现象。
4. 将实验物体的频率与电流大小、振幅等参数进行测量,得出实验物体的幅频特性曲线。
实验结果与分析经过实验观察及测量,得到了一系列实验数据,并绘制了相应的图表。
实验结果显示,实验物体在受迫力作用下产生了振动,且振幅与频率存在一定的关联性。
谐振现象通过调节频率调节器,我们观察到实验物体在达到一特定频率时出现了谐振现象。
在该频率下,实验物体的振幅较大,且对外界干扰较为敏感。
这一现象说明,当受迫力的频率与实验物体的固有频率相近时,能量传递效率较高,振动幅度达到最大。
幅频特性曲线根据实验数据绘制的幅频特性曲线显示,实验物体的振幅随着频率的变化呈现出一定的规律性。
在低频范围内,振幅逐渐增加;而在谐振频率附近,振幅达到最大值;随后在高频范围内,振幅逐渐减小。
实验讨论与改进在实验过程中,我们发现了一些问题,并对实验结果进行了讨论和分析。
首先,由于实验条件的限制,我们无法精确测量实验物体的振动频率和振幅,可能存在一定的误差。
其次,实验过程中可能会受到外界干扰因素,如空气阻力、弹簧老化等,这些因素可能会对振动现象产生一定影响。
为提高实验的准确性和可靠性,我们可以进行以下改进措施:增加测量仪器的精度、减小外界干扰因素、多次重复实验取平均值等。
受迫振动实验报告

受迫振动实验报告实验目的,通过受迫振动实验,探究受迫振动系统的特性,并验证受迫振动的共振现象。
实验仪器与设备,振动台、弹簧振子、电磁振子、频率计、示波器、信号发生器等。
实验原理,受迫振动是指在外力作用下,振动系统产生的振动。
当外力的频率与振动系统的固有频率相同时,振动系统将出现共振现象。
实验步骤:1. 首先,将弹簧振子固定在振动台上,并接通电源,调整振动台的频率,使弹簧振子产生自由振动。
2. 然后,将电磁振子放置在弹簧振子旁边,接通电源,并调节信号发生器的频率,使电磁振子产生受迫振动。
3. 使用频率计测量弹簧振子和电磁振子的振动频率,并记录下数据。
4. 利用示波器观察弹簧振子和电磁振子的振动波形,分析受迫振动的特点。
实验结果与分析:经过实验测量和观察,我们得到了以下数据:1. 弹簧振子的固有频率为f1=10Hz,电磁振子的固有频率为f2=12Hz。
2. 当信号发生器的频率为10Hz时,弹簧振子和电磁振子的振幅达到最大值,出现共振现象。
3. 通过示波器观察,我们发现在共振时,振动系统的振幅明显增大,且振动波形呈现出明显的共振特征。
根据实验结果,我们可以得出以下结论:1. 受迫振动系统的共振现象是由外力频率与振动系统固有频率相匹配所导致的。
2. 在共振时,振动系统的振幅显著增大,能量传递效率提高。
3. 受迫振动实验结果与理论分析相吻合,验证了受迫振动的共振现象。
实验总结:通过本次实验,我们深入理解了受迫振动系统的特性,掌握了受迫振动的共振现象,并通过实验数据验证了理论分析的正确性。
受迫振动实验不仅加深了我们对振动现象的理解,也为日后的科研工作和工程应用提供了重要参考。
实验中遇到的问题及解决方法:在实验过程中,我们遇到了信号发生器频率调节不准确的问题,影响了实验数据的准确性。
为了解决这一问题,我们反复调节信号发生器,确保频率的准确性,最终获得了可靠的实验数据。
展望:受迫振动实验为我们提供了一次宝贵的实践机会,也为我们今后的学习和科研工作提供了重要的基础。
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物理实验报告标题:受迫振动的研究实验摘要:振动是自然界中最常见的运动形式之一,由受迫振动引发的共振现象在日常生活和工程技术中极为普遍。
共振现象在许多领域有着广泛的应用,例如,众多电声器件需要利用共振原理设计制作。
它既有实用价值,也有破坏作用。
本实验采用玻耳共振仪定量测定了阻尼振动的振幅比值,绘制了受迫振动的幅频特性和相频特性曲线,并分析了阻尼对振动的影响以及受迫振动的幅频特性和相频特性。
另外,实验中利用了频闪法来测定动态的相位差。
目录1引言 (3)2.实验方法 (3)2.1实验原理 (3)2.1.1受迫振动 (3)2.1.2共振 (4)2.1.3阻尼系数δ的测量 (5)2.2实验仪器 (6)3实验内容、结果与讨论 (7)3.1测定电磁阻尼为0情况下摆轮的振幅与振动周期的对应关系 (7)3.2研究摆轮的阻尼振动 (8)3.3测定摆轮受迫振动的幅频与相频特性曲线,并求阻尼系数δ (9)3.4比较不同阻尼的幅频与相频特性曲线 (13)4.总结 (15)5.参考文献 (15)1引言振动是自然界中最常见的运动形式之一,由受迫振动引发的共振现象在日常生活和工程技术中极为普遍。
共振现象在许多领域有着广泛的应用,例如为研究物质的微观结构,常采用核共振方法。
但是共振现象也有极大的破坏性,减震和防震是工程技术和科学研究的一项重要任务。
表征受迫振动性质的是受迫振动的振幅—频率特性和相位—频率特性(简称幅频和相频特性)。
本实验采用玻耳共振仪定量测定了阻尼振动的振幅比值,绘制了受迫振动的幅频特性和相频特性曲线,并分析了阻尼对振动的影响以及受迫振动的幅频特性和相频特性。
2.实验方法2.1实验原理2.1.1受迫振动本实验中采用的是玻耳共振仪,其构造如图1所示:图一铜质圆形摆轮系统作受迫振动时它受到三种力的作用:蜗卷弹簧B提供的弹性力矩−kθ,轴承、空气和电磁阻尼力矩−b dθdt,电动机偏心系统经卷簧的外夹持端提供的驱动力矩M=M0cosωt。
根据转动定理,有J d2θdt2=−kθ−bdθdt+M0cosωt(1)式中,J为摆轮的转动惯量,M0为驱动力矩的幅值,ω为驱动力矩的角频率,令ω02=kJ,2δ=bJ,m=M0J则式(1)可写为d2θdt2+2δdθdt+ω02θ=m cosωt (2)式中δ为阻尼系数,ω0为摆轮系统的固有频率。
在小阻尼(δ2−ω2)条件下,方程(2)的通解为:θ=θa e−δt cos(ω0t+a)+θb cos(ωt+φ)此解为两项之和,可见摆轮的受迫振动分为两个分运动。
随着时间推移,阻尼振动项可以衰减到忽略不计。
另一项表示与驱动力同频率且振幅为θb的振动。
可见,虽然刚开始振动比较复杂,但是在不长的时间之后,受迫振动会到达一种稳定的状态,成为一种简谐振动,可以表示成:θ=θb cos(ωt+φ) (3)振幅θb和初相位φ(φ为受迫振动的角位移与驱动力矩之间的相位差)既与振动系统的性质与阻尼情况有关,也与驱动力的频率ω和力矩的幅度M0有关,而与振动的初始条件无关(初始条件只是影响达到稳定状态所用的时间)。
θb与φ由下述两项决定:θb=m√(ω02−ω2)2+4δ2ω2(4)φ=arctan−2δωω02−ω2(5)2.1.2共振由极值条件ðθbðω=0可以得出,当驱动力的角频率为ω=√ω02−2δ2时,受迫振动的振幅达到最大值,产生共振。
共振时的共振的角频率ωr、振幅θr和相位差φr分别为:ωr=√ω02−2δ2θr=m2δ√ω02−δ2(6)φr=arctan (−√ω02−2δ2δ)由上式可以看出,阻尼系数越小,共振的角频率ωr越接近于系统的固有频率ω0,共振振幅θr也越大,振动的角位移的相位滞后于驱动力矩的相位越接近于π/2。
图2和图3给出了不同阻尼系数δ的条件下受迫振动系统的振幅的频率相应(幅频特性)曲线和相位差的频率响应(相频特性)曲线。
2.1.3阻尼系数δ的测量(1)由振动系统作阻尼振动时的振幅比值求阻尼系数δ摆轮A如果只受到蜗卷弹簧B提供的弹性力矩−kθ,轴承、空气和电磁阻尼力矩−b dθdt,阻尼较小(δ2<ω02)时,振动系统作阻尼振动,对应的振动方程和方程的解为:d2θdt2+2δdθdt+ω02θ=0θ=θa e−δt cos(ωa t+a)ωa=√ω02−δ2由于阻尼振动的振幅随时间按指数律衰减,对相隔n个周期的两振幅之比取对数,则有:ln θ0θn=lnθa e−δtθa e−δ(t+nT)=nδT图2图3实际的测量之中,可以以此来算出δ值。
其中,n为阻尼振动的周期数,θ0为计时开始时振动振幅,θn为的n次振动时振幅,T为阻尼振动时周期。
(2)由受迫振动系统的幅频特性曲线求阻尼系数δ(只适合于δ2≪ω02时的情况)由幅频特性可以看出,弱阻尼δ2≪ω02情况下,共振峰附近ωω⁄≈1,ω+ω0≈2ω0,由(4)和(6)可得:θb θr =2δ√ω02−δ2√(ω02−ω2)2+4δ2ω2≈δ√(ω−ω0)2+δ2当θb=θr√2⁄时,由上式可得:ω−ω0≈±δ。
在幅频特性曲线上可以直接读出θb=θr√2⁄处对应的两个横坐标ω+ω0⁄和ω−ω0⁄,从而可得:ω+−ω−=2δ (8)2.2实验仪器本实验使用的玻耳共振仪由共振仪和控制仪两部分组成,并用电缆互联。
玻耳共振仪的示意图见前文图1。
振动系统由铜质圆形摆轮A与弹簧B构成,弹簧的一端固定在机架支柱上,另一端与摆轮轴相联,在弹簧弹性力作用下,摆轮可绕轴自由往复振动。
外激励是由转速十分稳定的可调电机的偏心轴通过连杆和摆杆加到振动系统上。
当电机匀速转动时,可看作是一种简谐激励。
若改变电机转速,就相当于改变激励的周期。
电磁阻尼由阻尼线圈产生,调节线圈电流可以改变电磁铁气隙中磁场,以达到改变阻尼力矩的作用。
角度读数盘上方处也装有光电门,与控制电路相连接,可以用来测量强迫力矩的周期。
共振仪部分的结构如图4所示。
左边是振幅显示窗,显示三位数字的摆轮振幅;右边时间显示窗,显示5位数字振动周期,精度为10-3s。
“摆轮、强迫力”和“周期选择”开关,分别用来测量摆轮强迫力矩的1次或者10次周期所需的时间。
电机转速调节旋钮用来改变强迫力周期,它是通过精确改变电机转速来达到,其精度仅供参考。
阻尼选择开关用来改变阻尼线圈直流电位的大小,。
电机开关用来控制电机转动,当测量阻尼系数和摆轮固有频率图4与振幅关系时,电机开关处于断状态。
3实验内容、结果与讨论3.1测定电磁阻尼为0情况下摆轮的振幅与振动周期的对应关系实验数据如下:对这些数据进行做点画图,得到:周期T0发现振幅为54和50时数据偏离较大,去掉这两个点后经行线性拟合如下:能够知道振幅和周期的关系式为:T 0=−9.80179∗10−5∗θ+1.584763.2研究摆轮的阻尼振动测得数据如下: 根据公式:ln θ0θn =ln θa e −δt θa e−δ(t+nT)=nδT得: 15.745∗δ=0.7985 所以: δ=0.05071θ-T 0的线性拟合曲线周期T 03.3测定摆轮受迫振动的幅频与相频特性曲线,并求阻尼系数δ选择“阻尼1”时,实验数据:做出这种情况下的幅频特性曲线,并进行拟合:0ω⁄拟合的具体参数:能够得到拟合出的振幅θ与ω0ω⁄的关系式为:θ=49.9690+3.16710.02667√π2−2(ωω0−0.9992)20.02672所以,拟合曲线的峰值为:θr =144.7189 则: θb =θr√2⁄=102.3317 用θb 带入关系式中能够解出:ω+ω0=1.01374,ω−ω0=0.98466用θb 带入在3.1中得到的关系式,能够解出ω0=3.9900 就能够解出ω+=4.0448,ω−=3.9288 根据式(8):ω+−ω−=2δ 能够得出阻尼系数:δ=0.05800能够看出,用这种方法求得的阻尼系数δ与在3.2中求得的阻尼系数δ是基本吻合的,但是仍然存在一些误差。
做出这种情况下的相频特性曲线:选择“阻尼2”时,实验数据:做出这种情况下的幅频特性曲线,并进行拟合:相频特性曲线图ω0ω⁄4080120拟合的具体参数:能够得到拟合出的振幅θ与ω0ω⁄的关系式为:θ=49.9553+2.98980.02732√π2−2(ωω0−0.9994)20.027322能计算出拟合曲线的峰值为:θr =137.2728 则: θb =θr√2⁄=97.0665用θb 带入关系式中能够解出:ω+ω0与ω−ω0用计算“阻尼1”情况下的阻尼系数的方法,同样能够得到“阻尼2”情况下的阻尼系数为:δ=0.06051。
能够看出“阻尼2”与“阻尼1”相比,阻尼系数有所增大 这种情况下的相频特性曲线如下:060120AB3.4比较不同阻尼的幅频与相频特性曲线将“阻尼1”和“阻尼2”的幅频特性曲线拟合图画在同一坐标轴下:相频特性曲线图ω0ω⁄150306090120比较之后能够发现,“阻尼1” 的幅频特性曲线拟合图和“阻尼2”的相比 峰值更高,即在共振点附近的振幅更大。
另外,“阻尼1” 的幅频特性曲线拟合图在共振点两侧的振幅变化更大。
但是,在远离共振点的区域内,两者的图像时基本重合的。
将“阻尼1”和“阻尼2”的相频特性曲线图画在同一坐标轴下:60120BA比较后能够发现“阻尼1” 的相频特性曲线图在共振点附近变化较快,更加陡峭,而“阻尼2”更加的平缓。
能够得到:阻尼越大,图像越平缓。
ω0ω⁄振幅θ ω相位差4.总结本次实验的结果基本是合理的,但其中“阻尼1”阻尼下两种方法计算出的阻尼系数有较大的误差,现分析如下:1.幅频特性曲线的作图需要借助查阅“测定电磁阻尼为0情况下摆轮的振幅与振动周期的对应关系”这一项实验内容中的θ-T0的线性拟合曲线。
但是在本次实验中的此项实验数据中明显有两个点和其他点不呈线性关系,有较大的偏离,故将这两个点去掉后进行了拟合。
可能这样的拟合方式使得拟合结果不准确,对后面的幅频特性曲线的高斯拟合及阻尼系数的计算产生了较大的影响。
2.可能在“测定摆轮受迫振动的幅频与相频特性曲线,并求阻尼系数δ”此项内容实验的数据测量操作中,因为操作的失误或者实验室中其他因素的影响导致所测数据欠准确。
而本次实验的其他内容方面,如不同阻尼的幅频和相频特性曲线比较等,及本都是符合客观事实的。
5.参考文献[1]钱锋、潘人培,《大学物理实验(修订版)》,北京:高等教育出版社,2005年。