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受迫振动的研究（教案） |
●振动是常见的一种运动形式
●受迫振动：物体在周期性外力（亦称驱动力）的持续作用下进行的振动。
共振现象：振动系统受迫振动时，其振幅达极大值的现象。
（位移/速度共振）
本循环的两个实验从不同的侧面研究共振，进行物理量特性的测量。
共振现象有有害的一面
1940年7月1日美国塔科麦(Tocama)大桥，建好后4个月，在一场不算太强的大风中坍塌，风产生的周期性效果导致大桥共振，实际振了一天(十几个小时)塌了。
避免和减小共振的办法：破坏外力的周期性、改变物体的固有频率等。
共振现象可利用造福人类
收音机、 顺磁共振、 核磁共振、 激光、
●本实验内容：
① 摆轮的受迫振动（见p11图4）
摆轮在蜗卷弹簧的弹性作用下可自由振动。
电磁阻尼作用在摆轮上
有机玻璃转盘上的偏心轮带动连杆对摆轮施加驱动力矩。
② 研究摆轮受迫振动的幅频、相频特性（见p11图1和图2）
幅频特性：摆轮振幅θ与振动角频率ω的函数关系
相频特性：相位差与振动角频率ω的函数关系
共振点：共振点对应于幅频曲线上的幅值最大点和相频曲线上的相位差=90°点
③ 实验方法与技术
1．摆轮振动的周期与幅度的测量
2．频闪法测相位差
3．阻尼系数的测量
●实验前先交待
① 实验过程中电源不关闭，闪光灯电源随时关闭、正确放置
② 光电门H，指针、簧片不要随意动
③ 强迫力周期的旋钮示值失灵了。
④ 摸索快速同时记录θ和T数值的窍门：
▲记尾数
▲使θ和T显示清零同步，操作方法是：周期选择拨向1（单次测量），手按复位，待振幅值清零显示时段中放开复位。（同步不易调整的仪器，可通过扳动开关随机掌握）
⑤ 对照图1、图2提醒如何正确取点测量，全貌描绘特性曲线
（周期T由大到小的过程中,θ由小→大→小变化，由0°到180°的变化）
建议摆轮振幅值θ每10°左右测一次数据，在共振点附近密集测量，寻找出峰值。
⑥ 内容1作折线（校正曲线）
●指导备忘
① 无阻尼和阻尼测量时，如拉杆晃动，可手按住或压一个物体使其不动。
② 如发现受迫振动幅度难以稳定，可能是强迫力周期的电位器不稳定了，应该换。
③ 如何判定受迫振动稳定了？互扳“摆轮”“强迫力”，看周期显示一致， 即稳定了。
④ 没开电机，打向“强迫力”档时，周期显示不动作。
⑤ 若受迫振动时出现T 和θ值不稳定现象，可增加阻尼，若再无效，是电位器故障。
⑥ 共振幅度小的仪器减小阻尼选1或2档；
●学生常见问题
① 测自由振动数据时，幅度衰减快，这是阻尼开关未拨向“0”。
② 加上驱动后，振幅仍很小，原因是驱动力周期值太大或太小了，使振幅点在幅频曲线的底端了。（T的正常范围应在1.2～1.8s）
③ 如有同学反映取数据时不易得到θ在10度左右调节，即可能出现的陡滑现象，陡滑现象一般出现在k值变化大的仪器（T>30ms），建议加大阻尼选5档。
实际上（见P29）应对弹簧进行调整：对弹簧整形或选择弹簧夹持点长度，控制T0在实验范围内的变化量小于30ms，这样在3档阻尼下基本不出现振幅不稳定的“爬升”或“陡滑”现象。
个别共振仪的弹簧的弹性系数k随摆轮振幅的改变而变化较大，其表现是T0～θ曲线中T0的变化大于50ms，从而导致幅频特性曲线的一边出现“陡升”或“陡降”现象。这种仪器应该交实验维修责任人调整。
④许多同学没有全程取数据的概念，检查其幅频、相频曲线测试中数据选择是否在强迫力周期旋钮的全行程中如下搜索 |
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