实验报告  音叉的受迫振动

物理科学与技术学院  13级弘毅班  吴雨桥  2013301020142

【实验目的】

(1)研究振动系统在周期外力作用下振幅和强迫圆频率之间的关系。

(2)测绘振动系统的共振曲线。

(3)应用李萨如图形测量音叉振动频率。

【实验器材】

电磁激振系统、示波器、低频信号发生器、毫伏表。

【仪器介绍】

电磁激振系统由电磁激振线圈、音叉、压电换能片、阻力片和阻尼油杯及升降台组成。

电磁激振线圈在正弦交变电流的作用下产生交变磁场激振音叉，音叉的振动频率是正弦电流频率的两倍。将音叉的机械振动能转换为电信号并送到示波器的Y轴输入端，同时将正弦交流信号送到示波器X轴输入端，经过适当调整则可在示波器的荧光屏看到“∞”形图像。

【实验原理】

   振动系统受F=Hcospt外力的持续作用所产生的振动，称为受迫振动。

   振动系统的受迫振动经过一段时间后达到稳定的振动状态，它的振动频率就是强迫力的频率，与系统的固有频率无关。其振幅为

             A=   (h=)

相位差为

      φ = arctan =arctan

当强迫力的圆频率p趋近于振动系统的固有圆频率ω0时，受迫振动的振幅急剧增大，并有一极大值，这种现象称为共振。共振时圆频率为ωr 、相位差为φr ，当阻尼系数β极小时，可得ωr≈ω0，φr= 。

   利用李萨如图形测未知频率：把两个不同频率的正弦电压分别从示波器的X轴和Y轴输入，如果这两个电压的频率为整数比，示波器上就会得到稳定的图形，这些图形被称为李萨如图形，其形状不仅与这两个正弦电压的频率比值有关，而且与它们的初始相位和相位差有关。

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华中科技大学 音叉的受迫振动与共振

【实验目的】

1.研究音叉振动系统在驱动力作用下振幅与驱动力频率的关系，测量并绘制它们的关系曲线，求出共振频率和振动系统振动的锐度。

2.通过对音叉双臂振动与对称双臂质量关系的测量，研究音叉共振频率与附在音叉双臂一定位置上相同物块质量的关系。

3.通过测量共振频率的方法，测量附在音叉上的一对物块的未知质量。

4.在音叉增加阻尼力情况下，测量音叉共振频率及锐度，并与阻尼力小情况进行对比。

【实验仪器】

FD-VR-A型受迫振动与共振实验仪（包括主机和音叉振动装置）、加载质量块（成对）、阻尼片、电子天平（共用）、示波器（选做用）

【实验装置及实验原理】

一．实验装置及工作简述

FD-VR-A型受迫振动与共振实验仪主要由电磁激振驱动线圈、音叉、电磁线圈传感器、支座、低频信号发生器、交流数字电压表（0～1.999V）等部件组成（图1所示）

1.低频信号输出接口2.输出幅度调节钮3.频率调节钮4.频率微调钮5.电压输入接口6.电源开关7.信号发生器频率显示窗8.数字电压表显示窗9.电压输出接口10.示波器接口Y11.示波器接口X12.低频信号输入接口13.电磁激振驱动线圈14.电磁探测线圈传感器15.质量块16.音叉17.底座18.支架19. 固定螺丝

图1 FD-VR-A型受迫振动与共振实验仪装置图

在音叉的两双臂外侧两端对称地放置两个激振线圈，其中一端激振线圈在由低频信号发生器供给的正弦交变电流作用下产生交变磁场激振音叉，使之产生正弦振动。当线圈中的电流最大时，吸力最大；电流为零时磁场消失，吸力为零，音叉被释放，因此音叉产生的振动频率与激振线圈中的电流有关。频率越高，磁场交变越快，音叉振动的频率越大；反之则小。另一端线圈因为变化的磁场产生感应电流，输出到交流数字电压表中。因为I=dB/dt，而dB/dt取决于音叉振动中的速度，速度越快，磁场变化越快，产生电流越大，电压表显示的数值越大，即电压值和速度振幅成正比，因此可用电压表的示数代替速度振幅。由此可知，将探测线圈产生的电信号输入交流数字电压表，可研究音叉受迫振动系统在周期外力作用下振幅与驱动力频率的关系及其锐度，以及在增加音叉阻尼力的情况下，振幅与驱动力频率的关系及其锐度。

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无阻尼情况下音叉的速度幅频特性

 

有阻尼情况下音叉的速度幅频特性

 

双臂质量与共振频率的关系

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音叉的受迫振动与共振实验

一、预备问题

1、  实验中策动力的频率为200Hz时，音叉臂的振动频率为多少？

 2、实验中在音叉臂上加砝码时，为什么每次加砝码的位置要固定？

二、引言

本实验借助于音叉，来研究受迫振动及共振现象。用带铁芯的电磁线圈产生不同频率的电磁力，作为驱动力，同样用电磁线圈来检测音叉振幅，测量受迫振动系统振动与驱动力频率的关系，研究受迫振动与共振现象及其规律。具有不直接接触音叉，测量灵敏度高等特点。

三、实验原理

1、音叉的电磁激振与拾振

将一组电磁线圈置于钢质音叉臂的上下方两侧，并靠近音叉臂。对驱动线圈施加交变电流，产生交变磁场，使音叉臂磁化，产生交变的驱动力。接收线圈靠近被磁化的音叉臂放置，可感应出音叉臂的振动信号。由于感应电流, 代表交变磁场变化的快慢,其值大小取决于音叉振动的速度,速度越快,磁场变化越快,产生的电流越大,从而使测得的电压值越大。所以,接收线圈测量电压值获得的曲线为音叉受迫振动的速度共振曲线。相应的输出电压代表了音叉的速度共振幅值。

1、简谐振动与阻尼振动

物体的振动速度不大时，它所受的阻力大小通常与速率成正比，若以F表示阻力大小，可将阻力写成下列代数式：

                                                  （1）

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四年级科学上册实验报告单

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小学科学四年级上册实验

一、实验内容：测量室内外的温度

器材：温度计、线、笔

实验步骤： 1、取一支温度计，用线拴好。 2、将温度计悬挂，（离地面1.5米左右，不能靠拢，在室外注意通风，阳光不能直射温度计）。 3、读数。 4、记录并比较。

实验结果：室内外温度存在差距，通过对大气温度的测量，可以了解当地的气温。

二、实验名称：哪一个溶解得快

实验器材：烧杯2个、搅拌棒2根、沙、食盐、水。

实验步骤： 1、取一小匙食盐，放入盛水的烧杯内，用搅拌棒轻轻搅拌。你有什么发现？

2、取一小匙淘洗干净的沙，放入盛水的烧杯内，用搅拌棒轻轻搅拌。你有什么发现？

3、比较食盐和沙在水中的状态。

实验结果：食盐在水中溶解了，沙在水中没有溶解。

三、实验名称：100毫升水能溶解多少克食盐

实验器材：烧杯1个、搅拌棒1根、水、每份2克 食盐20包、 实验步骤：

1、取一小份食盐，加入到盛水的杯中，用搅拌棒充分搅拌。食盐完全溶解后，再加入第二小份食盐，继续搅拌。食盐再溶解后，再加入第三小份食盐??直到食盐不能溶解为止。

2、记录一共放入了多少份食盐。

3、100毫升水大约能溶解多少克食盐。

实验结果：100毫升水大约能溶解36克食盐。

四、实验名称：观察发声物体

实验器材：水槽一个、音叉一个、音叉锤一个、水。

实验步骤： 1、在水槽里盛约2/3的清水，用击打过的音叉轻轻触及水面，观察水面有 什么变化。 2、水面的变化是怎样产生的？

实验结果：水面的波纹是振动的音叉触及水面产生的。

五、实验名称：观察比较声音强弱的变化

实验器材：钢尺

实验步骤： 1、把钢尺的一部分伸出桌面大约10厘米，用一只手压住尺子的一端，另外一只手拨动尺子的另一端。（用力要适度）

2、先轻轻拨动钢尺，观察尺上下振动的幅度有多大，发出的声音有多强，并用振动幅度大或小、声音强或弱作记录。

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小学科学实验报告单

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