实验报告 音叉

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=hω02-相位差为φ=arctan2βωω02-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=π2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。【实验内容和实验数据】1.仪器连接。用屏蔽导线将低频信号发生器的输出端与激振线圈的电压输入端、示波器“X轴输入”端连接，用屏蔽导线将压电换能片的信号输出端与示波器的“Y轴输入”端、毫伏表的电压输入端连接。使用屏蔽导线时，芯线接正，屏蔽层接地。2.示波器、低频信号发生器的使用参考仪器说明书。3.逆时针旋转升降台的手轮，降低阻尼油杯，使阻尼片退出油面并擦净片上的余油。4.接通仪器电源，使仪器预热15min左右，并置好各仪器的旋钮。为了保护毫伏表，该量程开关先置于“3V”挡。实验中根据实际需要及时改变量程，既确保毫伏计指针不超过量程，又不使指针指示太小而引起读数较大误差。5.测定共振频率ωr和Ar。将低频信号发生器的频率由低到高缓慢地调节（参考值为250HZ）左右，同时仔细观察毫伏表的指针，当毫伏表指示最大时，示波器上显示出稳定的“∞”图像.为了便于读取准确的频率读数，应仔细调节“频率微调”，使示波器上显示“∞”图像，且毫伏表指示达到最大。Ar就是共振频率对应的毫伏表最大的指示数，待稳定后记下ωr和Ar。6.测共振频率ωr两边的数据，调节低频信号发生器的“频率微调”,由0~±1.5%，每隔一小格（0.25%）记录相应的振幅A7.顺时针旋转升降台的手轮，升高阻尼油杯，使油面升到阻尼片上的第一条横线，此时的阻尼系数用𝛽1表示，重复上述步骤8.顺时针旋转升降台的手轮，升高阻尼油杯，使油面升到阻尼片上的第二条横线，此时的阻尼系数用𝛽1表示，重复上述步骤9.根据测得的三组数据，绘出三条共振曲线𝑤𝑟=238.5Hz𝐴𝑟=155mVβ=𝛽0p/Hz238.4238.3238.2238.1238.0𝐴𝑟/mV12589695545p/Hz238.6238.7238.8238.9239.0𝐴𝑟/mV134102826555𝑤𝑟=238.1Hz𝐴𝑟=103mVβ=𝛽1p/Hz238.0237.9237.8237.7237.6𝐴𝑟/mV10187736352p/Hz238.2238.3238.4238.5238.6𝐴𝑟/mV9585736455𝑤𝑟=237.5Hz𝐴𝑟=76mVβ=𝛽2p/Hz237.4237.3237.2237.1237.0𝐴𝑟/mV7570645650p/Hz237.6237.7237.8237.9238.0𝐴𝑟/mV7366605246【数据处理】【误差分析】系统误差仪器误差：1.仪器需要先预热，若未预热完全，则仪器的示数不准。2.接触点的电阻会起到分压的作用。理论误差：1.理论推导时使用了近似条件。随机误差1.示波器读数时波形在变化，读数有误差。2.低频信号发生器的输出在不停微小变化。【注意事项】1.本实验所绘制的共振曲线是在强迫力力幅恒定的条件下进行的，因此，当低频信号发生器的输出电压一经确定以后，在整个实验过程中，都要保持这个电压不变，而且要及时核对调节。2.本实验使用了较多的电子仪器，而重点研究的是力学问题，因此不要过多地去研究电子仪器。3.绘制共振