大学物理上 阴其俊用波尔共振仪研究受迫振动

1、华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology物理实验中心网站 202.120.99.174华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology思考与讨论的问题n研究的内容研究的内容n实验方案实验方案l选择研究体系选择研究体系l进行仪器设置进行仪器设置l研究的规律研究的规律l物理量的测量物理量的测量n结果分析结果分析华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China U

2、niversity of Science and Technology内容提要现象现象原理原理测量测量振动振动华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology共振的利弊？共振利用共振利用: :日常生活日常生活: :电磁共振、乐器的共鸣箱电磁共振、乐器的共鸣箱医疗技术：医疗技术：核磁共振核磁共振军事：军事：共振武器共振武器生产实践：生产实践：共振法打桩、激光的产生共振法打桩、激光的产生自燃现象：温室效应自燃现象：温室效应共振危害共振危害: :雪崩雪崩翻船翻船桥梁倒塌桥梁倒塌机器损坏机器损坏次声波

3、对人次声波对人体的伤害体的伤害共振现象普遍存在于力学、电磁学、光学及分子、原子共振现象普遍存在于力学、电磁学、光学及分子、原子物理学等几乎所有物理学领域。物理学等几乎所有物理学领域。华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology共振带来的危害n持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎；持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎；n机器的运转可以因共振而损坏机座；机器的运转可以因共振而损坏机座；n高山上的一声大喊，可引起山顶积雪发生大雪崩；高山上的一声大喊，可引起山顶积雪发生大雪崩；n拖拉机驾驶员，

4、风镐、风铲、电锯、镏钉机的操作工，他拖拉机驾驶员，风镐、风铲、电锯、镏钉机的操作工，他们与振动源十分接近，在工作时可能会出现人体有关部位们与振动源十分接近，在工作时可能会出现人体有关部位的固有频率与振动源的频率产生共振。的固有频率与振动源的频率产生共振。 如何避免？如何避免？为了保障工人的安全与健康，要求用手工操作的为了保障工人的安全与健康，要求用手工操作的各类振动机械的频率必须大于各类振动机械的频率必须大于 20Hz 20Hz 。华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology共振带来的危害

5、机器的运转可以因共振而损坏机座机器的运转可以因共振而损坏机座 。措施：措施：电动机要安装在水泥浇注的地基上，与大地牢牢相连，电动机要安装在水泥浇注的地基上，与大地牢牢相连，或要安装在很重的底盘上，为的是使基础部分的固有频率增或要安装在很重的底盘上，为的是使基础部分的固有频率增加，以增大与电机的振动频率加，以增大与电机的振动频率( (驱动力频率驱动力频率) )之差来防止基础之差来防止基础的振动。的振动。 华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology共振的军事价值n次声武器就是利用频率低于次声

6、武器就是利用频率低于20Hz20Hz的次声波与人体的次声波与人体发生共振，使共振的器官或部位发生位移和变形发生共振，使共振的器官或部位发生位移和变形而造成人体损伤以至死亡的一种武器。而造成人体损伤以至死亡的一种武器。 n次声波武器按照其发射的频率不同，作用于人体次声波武器按照其发射的频率不同，作用于人体的部位不同，可分为两大类：的部位不同，可分为两大类： “ “神经型神经型”次声波武器次声波武器 “ “器官型器官型”次声波武器次声波武器 无声的武器无声的武器次声武器次声武器华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science

7、and Technology共振在生活当中的应用微波炉微波炉 食物中水分子的振动频率与微波食物中水分子的振动频率与微波大致相同，微波炉加热食品时，大致相同，微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，发食物中的水分子作受迫振动，发生共振，将电磁辐射能转化为热生共振，将电磁辐射能转化为热能，从而使食物的温度迅速升高能，从而使食物的温度迅速升高。 这是一种极大地提高了加热这是一种极大地提高了加热效率、极为有利于环保的先效率、极为有利于环保的先进技术。进技术。 华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China Uni

8、versity of Science and Technology共振在生活当中的应用 运用音乐治疗一些心理和生理上的疾病运用音乐治疗一些心理和生理上的疾病: : 音乐的频率、节奏和有规律的声波振动，音乐的频率、节奏和有规律的声波振动，是一种物理能量，会直接影响人们的脑电波、是一种物理能量，会直接影响人们的脑电波、心率、呼吸节奏等。当人处在优美悦耳的音乐心率、呼吸节奏等。当人处在优美悦耳的音乐环境中，可以改善精神系统、心血管系统、内环境中，可以改善精神系统、心血管系统、内分泌系统和消化系统的功能。分泌系统和消化系统的功能。华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East Chi

9、na University of Science and Technology l自由振动自由振动l阻尼振动阻尼振动l受迫振动受迫振动 物体在周期性外力的物体在周期性外力的持续作用下进行的振动持续作用下进行的振动)cos()(0nnnntAtf振 动华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology受迫振动 本实验采用摆轮在弹性力矩和电磁阻尼力本实验采用摆轮在弹性力矩和电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究其振动特性。矩作用下作受迫振动来研究其振动特性。tMdtdbkdtdJcos022根据转动定理

10、受迫振动方程根据转动定理受迫振动方程电磁阻尼电磁阻尼驱动力驱动力华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technologytmdtddtdcos22022方程的通解为：方程的通解为：)cos()cos(21tteft阻尼项阻尼项受迫项受迫项暂态项暂态项稳定项稳定项受迫振动方程与解华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology稳定的振动状态： 幅频特性曲线幅频特性曲线22222024m02202r位移共

11、振条件位移共振条件华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology稳定的振动状态：相频特性曲线相频特性曲线2202arctan当发生共振时当发生共振时2,rrtg华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology实验仪器物理结构与功能电机转速、振幅、摆电机转速、振幅、摆轮周期测量：轮周期测量：光电门光电门电磁阻尼电磁阻尼电机电机相位差测量：相位差测量：闪光灯、角度读数盘上指示杆闪光灯、角度读数盘

12、上指示杆。波耳共振仪由波耳共振仪由振动仪振动仪与与电器控制箱电器控制箱两部分组成两部分组成华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology实验内容 自自 由由 振振 动：动： 阻阻 尼尼 振振 动：动： 受受 迫迫 振振 动动 ： 0电机转动频电机转动频率调节器率调节器华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology 摆轮的振幅与振动周期T的测量 双光电门双光电门测量摆轮振测量摆轮振幅与周期：

13、幅与周期：双光电门双光电门H H、摆轮周边矩摆轮周边矩形信号码、形信号码、平衡处长矩平衡处长矩形信号码。形信号码。华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology利用频闪法测定相位差 当长凹槽经过光电门时，当长凹槽经过光电门时，闪光灯闪烁一次。闪光灯闪烁一次。相位差测量：闪光灯、角度读数盘上指示杆相位差测量：闪光灯、角度读数盘上指示杆。华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology研究内容研

14、究内容1.1.自由振动：测定摆轮振幅自由振动：测定摆轮振幅不同时的固有频率不同时的固有频率0 02.2.阻尼振动：阻尼系数阻尼振动：阻尼系数3.3.测量幅频特性和相频特性测量幅频特性和相频特性 电机转动频电机转动频率调节器率调节器华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology阻尼系数计算5ln5iiT逐差法逐差法: 阻尼振动研究中的数据阻尼振动研究中的数据作图法作图法: 受迫振动的幅频特性曲线受迫振动的幅频特性曲线2r0210华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology实验要点理解实验的物理内涵理解实验的物理内涵了解仪器的设计思路了解仪器的设计思路掌握物理量的测量方法掌握物理量的测量方法学会实验点的分布设计学会实验点的分布设计实验数据处理实验数据处理华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验