基于转动传感器的波尔振动综合实验

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1、中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸B4基于转动传感器的波尔振动实验完整报告学院：理工院专业班级：14级微电子实验人：武煜14343050组别:D实验日间：2015.10.13房间号：406桌号：A10合作人：石磊实验内容：2.观测波尔振动的频谱（1）7V阻尼，无驱动力状态下的波尔振动由图可知，波尔振动仪的固有振动频率约为0.571Hz18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸（2）三种状态下的频谱①自由振动的频谱φ=50°②5V阻尼振动的频谱φ=50°18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（

2、II）》课程实验数据记录纸③受迫振动的频谱φ=50°分析:从上述三个图可知，自由振动、阻尼振动、受迫振动三种振动状态均周期状起伏，摆动角度在某一频率下摆轮达到最大值。自由振动和受迫振动均在固有频率附近摆轮摆动角度达到最大，且自由振动和受迫振动固有频率几乎相同，但是在固有频率附近自由振动的摆动最大角度远小于受迫振动的摆动最大角度。而阻尼振动摆轮摆动达到最大角度时的频率略小于自由振动和受迫振动的固有频率。18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸（3）不同驱动力频率的受迫振动（7V驱动力3V阻尼）0r2r18Page中山大学理工学院基础物理

3、实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸4r6r18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸8r10r讨论：在受迫振动中，扭摆的周期是与驱动力的周期一致，与自由振动的周期无关，因为在实验过程中为了增大扭摆的振幅而对驱动力的频率做了调整，受迫振动的周期相应起了变化。当驱动力的频率小于扭摆的固有频率时，振幅先迅速由零增大到某个值，之后又逐渐减小至一个稳定值，这一点与振动的能量变化相符，能量是先增大后趋于稳定，达到共振。这一点与振动的能量变化相符。18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》

4、课程实验数据记录纸3.定量测量磁阻尼现象（1）阻尼系数随初始角度变化的关系曲线（2）阻尼系数随阻尼电压变化的关系曲线18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸4.观测波尔振动的相图（1）观察相图并讨论其物理意义讨论：从阻尼振动地相图中看出，相点往坐标中心螺旋式的趋近。螺旋纹向内衰减，即振动的能量随时间增加而不断减小。 能量不断消耗，振幅不断减小直至停止。相图的物理意义：反映了扭摆的动能与势能的周期性变化。18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸（1）三种振动状态下的相图①自由振动由

5、图可见，所谓的“自由振动”并不是理想的自由振动，其振幅缓慢减少，相轨迹的圆不断缩小。理论上，对于自由振动，相轨迹应该是一个圆，由于有小的阻尼，相轨迹缓慢地趋向中心，但因阻尼比较小，其衰减地速度比较慢。这是因为扭摆收阻尼力做功，振动的能量逐渐转化为热能耗散调。②阻尼振动18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸从阻尼振动地相图中看出，相点往坐标中心螺旋式的趋近。与自由振动相图不同的是，阻尼振动相图中，圆圈数稀疏了很多，相点回到中心的速度很大，经历的圈数很少；说明了随着阻尼的增大，扭摆振动的衰减过程变得越来越快了。这是因为扭摆收阻尼力做功，

6、振动的能量逐渐转化为热能耗散调。③受迫振动从受迫振动相图可以看出，相点也是几乎在同一个圆周上往复运动，没有向原点即静止状态趋近的倾向。这是因为，通过外界驱动力做功，补偿振动过程中阻尼产生的损耗，使扭摆得以在稳定状态不断的振动下去。   [总结] 自由振动、阻尼振动、受迫振动的相图的异同点 自由振动时因所受外界阻尼相对较小，近似地做简谐振动，但振动慢慢衰减,曲率半径慢慢变小.自由振动的相图与受迫振动的相图相似，受迫振动由于有比较大的阻尼存在，振动较自由振动时衰减得快,相邻两个圈之间的间隔比较大,圆圈数比较稀疏,且所受阻尼越大,衰减得越厉害;阻尼振动、自由振动的频率等于固有频率.做受迫振动的扭

7、摆的振动频率与驱动力频率一致,当振动频率等于固有的振动频率时,扭摆达到共振状态,相点几乎在同一圆周上往复运动,相图与理想自由振动的相图基本一致. 另外,三种振动的相图都反映了周期运动的特性.18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记录纸（1）不同驱动力矩频率下受迫振动的相图0r1r18Page中山大学理工学院基础物理实验室编制中山大学《基础物理实验（II）》课程实验数据记