实验32 波尔共振仪实验研究 实验目的 1观察共振现象，观察不同阻尼力矩对受迫振动的影响；2理解弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性； 3学习用频闪法测定相位差的方法；4学会测绘弹性摆轮受迫振动的幅频、相频特性曲线。实验仪器 实验原理 物体在周期外力的持续作用下发生的振动称为受迫振 动，这种周期性的外力称为强迫力。如果外力是按简谐振动规律变化，那么稳定状态时的 受迫振动也是简谐振动，此时，振幅保持恒定，振幅的大 小与强迫力的频率和原振动系统无阻尼时的固有振动频率 以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到强迫力的作用外， 同时还收到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物 体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的，存在一 个相位差。当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共 振，此时振幅最大，相位差为90。实验原理 当摆轮受到周期性强迫力矩 M 的作用，并在有空气阻 尼和电磁阻尼的媒质中运动时 ，其运动方程为 在无阻尼时，即b=0,M0=0, 解方程可得：0 : 系统的固有频率 阻尼振动 强迫振动 强迫力的圆频率 时，产生共振 。此时，振幅2最大，相位差为90o。实验内容及步骤 12用手将摆轮转到振幅1600左右，在松开手的同时按下测 量开关（），此时摆轮做振幅衰减振动，仪器自动记 录下每一个固有周期值T0变化时对应的振幅值，通过“回 查”将实验数据逐一填入表1。相位差读数盘的有机玻璃挡光杆仍置于水平位置。 1 仪器选择“阻尼振荡”，确定“阻尼1”状态（一旦确定阻尼状态 后，在实验过程中不能任意改变，也不能随意切断电源，否 则由于电磁铁剩磁现象将引起值变化，只有在某一阻尼系 数的所有实验数据测试完毕，才允许改变值并测出该值 所对应的其他实验数据），确认后屏幕显示附图7 。2一、测定摆轮振幅不同时与其对应的固有周期T0 仪器选择“自由振荡”，确认后屏幕显示附图4。用手转动 相位差读数盘的有机玻璃挡光杆使其置于水平位置（F0 位置） 。二、测定阻尼系数用手将摆轮转到振幅1600左右，在放手的同时按下测量开关 （），通过测定振动的振幅衰减过程，就可用对数逐差法 确定阻尼系数值，阻尼振动时振幅衰减按指数规律变化求的 平均值。 3仪器选择“强迫振动”（阻尼系数不变），确认后屏幕显示附图8 ，在机器已默认选中“电机”的状态下，按“（）”键电机启 动。按“”键选择周期，按“（）”键交替选择“周期1” “周 期10” “周期1”观察受迫振动是否达到稳定，“周期10”用于打开 测量以便测试数据。1用频闪法寻找第一个受迫振动稳定状态下的相位差旋转“强迫力周期”旋钮，使其小窗口显示值为“6 5 4”，将 闪光灯放在电机转盘下方，等待受迫振动稳定（稳定时摆轮振 幅基本不变，摆轮周期与电机周期基本一致），在稳定状态下 ，打开闪光灯开关，在电机转盘上观察到的转动的挡光杆被闪 光灯照亮的位置就是受迫振动与策动力之间的相位差（频闪 法观察到的值只作位置参考，不作记录）。2三、幅频特性与相频特性曲线测定 3测量找到第一个值后，可以确定“强迫力周期”改变的旋转 方向，顺时针值减小，逆时针值增大。取值约为300 1500之间沿某一方向依次改变，测量15个受迫振动稳定后与 其对应的振幅，周期T，将数据填入表3。 4 由表1查出与对应的T0值，计算相位差和频率比 5为横坐标，为纵坐标，做幅频响应特性曲线。 以6为横坐标，为纵坐标，做相频响应特性曲线 以思考题 1.为什么军队在通过桥梁时，须将步伐转变为便步走？幅频响应曲线 相频响应曲线附录