华中科技大学物理实验45页PPT

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v，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。

1、电磁感应[Q]在实验中我们发现，旋转的铝盘会对磁铁产生牵引力，发过来磁铁也会对铝盘有一个反作用力（磁阻尼力），这个阻尼力会影响实验精度吗？[A]并不会影响实验精度，且铝盘会以一个恒定的频率在转动！原因：步进电机的工作原理，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

因此，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。

[Q]大家是否发现在我们这个实验中，铝盘上面挖了六个小孔，你们认为这些小孔会对牵引力产生影响吗？[A]小孔会对牵引力产生影响，牵引力相比没孔的铝盘会变小；每一根铝丝两端都会产生感应电动势，铝盘就相当于多个电源的并联，但是由于小孔的存在，产生的电流可能不稳定，牵引力会有小幅波动，但是小孔并不是改变磁通量的“罪魁祸首[Q]测量磁悬浮力或牵引力时，永磁体的位置对结果有什么影响？比如正对着铝盘圆心与偏离角度的区别；还有永磁体靠近铝盘中心时所受的力与磁体位于铝盘边缘时相比，大小如何？[A]做了几次试验，发现当磁铁在盘内较大距离时力不大，到盘边时较大，远离盘后减小。

可推知力与磁铁到盘中心的距离是一个单峰的函数，有水平渐近线。

[Q]大家想一下，如果那个轴承完全无摩擦，那么它的转速会无限增大吗？[A][Q]如何改进？？[A]此实验的磁悬浮力和磁牵引力装置应增加一个角度指针，因为我们在做距离和力的大小的关系试验中，每次都要将测力器杆取出，然后重新固定，这当中是不是会因为角度的不同产生较大的误差呢？所以可以增加一个角度小指针，来校正测力杆放置的方向，减免误差我们是准备加一个升降装置的，最好带刻度的。

1.测量磁悬浮传动系统的轴承转速时，测得的转速不是很稳定，而转速的测定时以一定时间内通过轴承的光束的个数为依据的。

所以我建议增加轴承上计数孔的个数，这样测得的数目会增多，可以减小不稳定因素的干扰，所得读数会相对集中一些。

2.我做实验时的传感器支架稳定性不好，每次垫一个垫片测磁牵引力和磁悬浮力时，旋转的铝盘很容易擦到永磁铁。

大学物理实验（I I）实验讲义华中科技大学物理学院实验教学中心目录实验1：偏振光实验 (1)实验2：迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 (5)实验3：振动力学综合实验 (13)实验4：RLC电路和滤波器 (22)实验1：偏振光实验【实验目的】1.观察光的偏振现象，加深对其规律认识。

2.了解产生和检验偏振光的光学元件及光电探测器的工作原理。

3.掌握一些光的偏振态（自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光）的鉴别方法以及相互的转化。

【课前预习】1.光的波动方程以及麦克斯韦方程组。

2.电磁波的偏振性及波片的性质。

【实验原理】1、自然光与偏振光麦克斯韦指出光波是一种电磁波，电磁波是横波。

由于光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E，故此，常用E表征光波振动矢量，简称光矢量。

一般光源发射的光波，其光矢量在垂直于传播方向上的各向分布几率相等，这种光就称为自然光。

光矢量在垂直于传播方向上有规则变化则体现了光波的偏振特性。

如果光矢量方向不变，大小随相位变化，这时在垂直于光波传播方向的平面上光矢量端点轨迹是一直线，则称此光为线偏振光（平面偏振光），光矢量与传播方向构成的平面叫振动面如图1（a）。

图1(b)是线偏振光的图示法，其中短线表示光矢量平行于纸面，圆点表示光矢量与纸面垂直。

如果其光矢量是随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是圆或者椭圆，这样的光相应的被称为圆偏振光或者椭圆偏振光，如图1（c）。

介于偏振光和自然光之间的还有一种叫部分偏振光，其光矢量在某一确定方向上最强，亦即有更多的光矢量趋于该方向，如图1（d）。

任一偏振光都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光来表示。

2、双折射现象当一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束，这种现象称为双折射。

冰洲石（方解石）就是典型的双折射晶体，如通过它观察物体可以看到两个像。

当一束激光正入射于冰洲石时，若表面已抛光则将有两束光出射，其中一束光不偏折，即o光，它遵守通常的折射定律，称为寻常光。

大学物理实验--第1部分力学、热学第一部分力学、热学长度测量⑴使用游标时，怎样识别它的精度？⑵如何从卡尺和螺旋测微计上读出被测的毫米整数和小数？密度的测量⑴用静力秤衡法测固体密度，在秤浸入液体中的固体质量时，能否让固体接触烧杯壁和底部，为什么？⑵在测量时如果比重瓶①装满水，内有气泡；②装满水和固体，内有气泡。

试分别讨论实验结果偏大还是偏小？⑶如要测定一块任意形状的石蜡的密度，试选择一种实验方法，写出测量的步骤。

⑷若已精确地知道砝码组里质量最大的一个砝码的真实值，能否通过它来校准整个砝码组？若知道砝码组中任一个砝码的精确值呢？能行吗？三线悬盘测刚体转动惯量⑴为什么：两盘水平，三根悬线长度相等？⑵怎样启动三线摆才能防止晃动？⑶为什么三线摆的扭转角不能过大？⑷仪器常数m0、m1、m2应选用什么仪器测量？a和b分别表示什么距离？为什么周期T要通过测量50周的时间50T计算得到，直接测量行吗？碰撞和动量守恒⑴分析实验过程中的守恒原理，动量和能量是否遵守同一守恒定律、你能给出什么结论？⑵比较以下实验结果：①把光电门放在远离及靠近碰撞位置；②碰撞速度大和小；③正碰与斜碰④导轨中气压大与小。

拉伸法测杨氏模量⑴仪器调节的步骤很重要，为在望远镜中找到直尺的象，事先应作好哪些准备，试说明操作程序。

⑵如果在调节光杠杆和镜尺组时，竖尺有5度的倾斜，其它都按要求调节。

问对结果有无影响？影响多大？如果竖尺调好为竖直而小镜有5度的倾斜，对结果有无影响？⑶本实验中各个长度量用不同的仪器来测量是怎样考虑的，为什么？⑷利用光杠杆把测微小长度△L变成测D等量，光杠杆放大率为2D／l，根据此式能否以增加D减少1来提高放大率？这样做有无好处？有无限度？应怎样考虑这个问题？⑸试试加砝码后立即读数和过一会读数，读数值有无区别，从而判断弹性滞后对测量有无影响。

由此可得出什么结论？天平测量质量定义惯性质量的灵敏度为：哪几点？试分别讨论实验结果偏大还是偏小？惯性秤测量质量⑴ 处在失重状态的某一个空间有两个质量完全不同的物体，试用天平区分他们引力质量的大小；若用惯性秤，能区分他们的惯性质量大小吗？⑵定义惯性质量的灵敏度为：直线运动中速度的测量⑴ 气垫导轨调平的标准是什么？⑵如何消除气垫导轨气流阻力对实验的影响？⑶ 气垫未调平对速度、加速度的测量结果有何影响？声速的测量⑴ 固定两换能的距离改变频率，以求声速，是否可行？⑵ 各种气体中的声速是否相同，为什么？用弦振动形成的驻波求振动频率⑴ 驻波有什么特点？在驻波中波节能否移动，弦线有无能量传播？⑵ 如砝码有摆动，会对测量结果带来什么影响？二维碰撞运动的研究⑴ 气桌调平的作用是什么？气桌的不平度对实验结果有何影响？⑵ 测量了磁性浮子碰撞前后的动量后，如何从分析误差的角度来说明体系的动量是守恒的？空气密度的测量⑴在测量空气密度时，称衡质量为何要用复称法？⑵空气浮力、砝码误差对质量称衡的影响如何？表面张力系数的测定⑴ 焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点？，试问：为了提高惯性秤的灵敏度，应注意液体粘度的测定⑴ 转筒法测粘度系数中，最主要的系数误差是什么，如何校正？⑵ 分析学习实验的设计思想。