大学物理实验讲义实验07波尔共振实验
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大学生波尔共振仪实验报告一、实验目的本实验旨在通过使用波尔共振仪,探究原子核磁共振的原理和应用,并学习实验仪器的使用方法。
二、实验原理1. 原子核磁共振的原理原子核磁共振是指当原子核处于外加磁场中时,通过吸收或发射辐射能级间的能量差的现象。
原子核在磁场中会产生自旋角动量,而不同的原子核具有不同的自旋量子数。
当外加磁场的能级间距与自旋角动量的的频率匹配时,会发生共振吸收或发射现象。
2. 波尔共振仪的原理波尔共振仪是一种用于测量原子核磁共振的仪器。
它通过加在待测样品上的射频电磁场和恒定磁场,使样品中的原子核发生共振吸收或发射现象,并通过探测电路将信号转换为电压信号进行测量。
三、实验步骤1. 加样将待测样品(如氢氧化钠溶液)注入样品管中,并将样品管放置在波尔共振仪的仪器槽中。
2. 调整磁场调整波尔共振仪上的磁场强度,使其与待测样品的共振频率匹配。
根据样品的特性和磁场强度的不同,调整频率区间,并逐渐逼近共振频率。
3. 测量信号通过波尔共振仪上的探测电路,将吸收或发射的信号转换为电压信号。
调整探测器的灵敏度,确保测量的信号质量。
4. 记录数据记录实验测得的原子核磁共振的频率和电压信号。
可以通过改变样品的浓度、温度等条件,观察其对共振频率和信号强度的影响。
四、实验结果与分析通过实验测量,我们得到了不同条件下原子核磁共振的频率和电压信号。
通过对数据的分析,我们可以得出以下结论:1. 不同样品的原子核磁共振频率不同,这是由于不同原子核的自旋量子数和能级分布不同所致。
例如,氢原子核的共振频率为常见的400 MHz 左右,氟原子核的共振频率则为常见的200 MHz左右。
2. 原子核磁共振的信号强度与样品的浓度、温度等因素有关。
当样品浓度较低或温度较高时,信号强度会减弱。
这是由于原子核在高浓度或低温条件下,由于相互作用引起的线宽增大,从而使信号质量变差。
五、实验总结通过本次实验,我们深入了解了原子核磁共振的原理和应用,并学习了波尔共振仪的使用方法。
实验报告:波尔共振仪实验一、摘要实验简介&意义:振动是自然界的基本运动形式之一,简谐振动是最简单最基本的振动。
而借助波尔共振仪,则可以研究阻尼振动及受迫振动的基本规律。
实验目的:(1)学习测量振动系统基本参量的方法。
(2)观察共振现象,研究波尔共振仪摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。
(3)观测不同粘滞阻尼对受迫振动的影响。
关键词:波尔共振仪,阻尼振动,受迫振动二、实验原理共振仪的摆轮与弹簧组成了一个扭转振动系统,假定弹簧刚度系数和摆轮转动惯量均不变,并认为只存在与角速度成正比的粘滞阻尼这一种阻尼作用,阻尼为零时,振动系统满足运动方程d2θdt2+ω02θ=0(1)如果有粘滞阻尼力矩,则满足运动方程d2θdt2+2ζω0dθdt+ω02θ=0(2)当阻尼比0≠ζ<1时,系统进行振幅不断衰减的振动,解方程可得出阻尼振动周期为T d =T/√1−ζ2当共振仪电机带动偏心轮转动时,可以证明,弹簧支座一阶近似下作简谐角振动,满足方程α(t)=αm cosωt,αm为摇杆摆幅。
这时摆轮的运动方程为J d2θdt2+γdθdt+kθ=kαm cosωt(3)等效于受周期性外力矩作用的受迫振动。
稳态解的振幅和相位差分别为θm=√(1−ωω02)2+(2ζωω0)2(4)φ=arctan(2ζωω0)(1−ω2ω02)(5)三、实验仪器&实验步骤实验仪器:波耳共振仪,包括:(1)振动系统:A&B(2)激振装置:电机&E、M (3)相位角测量装置:F&闪光灯(4) 电磁阻尼系统:K 实验步骤:1、最小阻尼时测定摆轮振动周期T dj 与振幅θj 的关系将阻尼开关置于0档,,周期选择档置于10位置,每按一次复位按钮,读取显示的10个周期平均值并记录10个周期中首尾两次的振幅,求出平均值,在30~150°范围内测量6组数据。
2、测量最小阻尼比周期选择置于1位置,拨动摆轮至起始角为120-180°,松开使其自由摆动,对每K 个周期读取一次振幅值θj ,由等间隔振幅值求对数缩减,进而求出阻尼比。
波尔共振实验的实验报告探究波尔共振现象,研究并验证波尔共振条件,探讨其应用。
实验器材:1. 音叉2. 杆状支架3. 音叉支架4. 线性驱动器5. 光电门及接口电路6. 示波器7. 工作台8. 调节螺丝9. 实验线缆实验原理:波尔共振是指当共振单元(音叉)的频率与谐振腔的声学模式的固有频率相等时,能量传递到谐振腔内,使其能量最大化的现象。
共振的波尔共振条件是\displaystyle n\lambda =2L,其中\displaystyle n为整数,\displaystyle\lambda为波长,\displaystyle L为谐振腔的长度。
实验步骤:1. 将杆状支架安装在工作台上,放置音叉支架,并将音叉放置在音叉支架上。
2. 将线性驱动器固定在杆状支架上,并连接示波器。
3. 插入示波器的串口电缆,连接到电脑上的波形显示器。
4. 调节谐振腔的长度,使其与音叉的频率相等。
5. 调节线性驱动器的频率,观察示波器上显示的波形变化。
6. 测量共振频率,根据波尔共振条件n\lambda =2L进行计算。
实验结果:在实验中,我们通过调节谐振腔的长度和音叉的频率,观察到了波尔共振现象。
当音叉的频率与谐振腔的声学模式固有频率相等时,能量传递到谐振腔内,使其能量最大化。
根据波尔共振条件n\lambda =2L,我们可以通过测量谐振腔的长度和共振频率来计算波长。
实验讨论:1. 我们可以通过调节谐振腔的长度来改变共振频率。
当谐振腔的长度改变时,共振频率也会相应改变。
2. 在实验中,我们使用了线性驱动器控制音叉的频率,可以通过调节线性驱动器的频率来观察到波尔共振现象。
3. 在实验中,我们还使用了示波器来观察波形的变化。
当共振发生时,示波器上显示的波形会出现明显的变化。
4. 实验结果与理论一致,波尔共振条件n\lambda =2L得到了验证。
通过测量共振频率和谐振腔的长度,可以计算出波长,并验证理论公式。
实验结论:通过实验,我们验证了波尔共振条件n\lambda =2L,并观察到了波尔共振现象。
一、实验目的1. 研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。
2. 研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观察共振现象。
3. 学习用频闪法测定运动物体的某些量,如相位差。
4. 学习系统误差的修正。
二、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策动力。
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,振幅的大小与策动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,系统除了受到策动力的作用外,同时还受到回复力和阻尼力的作用。
所以在稳定状态时物体的位移与策动力变化相位不同,而是存在一个相位差。
当策动力频率与系统的固有频率相同时,系统产生共振,振幅最大,相位差为90。
本实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动,在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性,可直观地显示机构振动中的一些物理现象。
当摆轮受到周期性策动力矩M0cos(ωt)的作用,并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时(阻尼力矩为-b其运动方程为md²θ/dt² + bmdθ/dt + kθ= M0cos(ωt)。
三、实验仪器与设备1. 波尔共振仪2. 秒表3. 频闪仪4. 数据采集系统5. 计算机四、实验步骤1. 安装波尔共振仪,调整仪器至水平状态。
2. 设置初始阻尼力矩,启动数据采集系统。
3. 调整策动力矩频率,观察振幅和相位差的变化。
4. 记录不同频率下的振幅和相位差数据。
5. 改变阻尼力矩,重复步骤3和4。
6. 利用频闪法测定运动物体的相位差。
7. 对实验数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 随着策动力矩频率的增加,振幅逐渐增大,当频率达到某一值时,振幅达到最大,此时系统产生共振。
随着频率继续增加,振幅逐渐减小。
2. 相位差随着策动力矩频率的增加而增大,当频率达到共振频率时,相位差达到90。
3. 随着阻尼力矩的增加,振幅逐渐减小,共振频率基本不变。
波尔共振实验五⾢⼤学物理实验报告实验器材(预习):ZKY-BG 型波尔共振仪实验⽬的(预习):1、研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频率特性和相频特性。
2、研究不同阻尼⼒矩对受迫振动的影响,观察共振现象。
3、学习⽤频闪法测定运动物体的某些量,例相位差。
实验原理(预习):物体在周期性外⼒(即强迫⼒)的作⽤下发⽣的振动称为受迫振动。
若外⼒是按简谐振动规律变化,则稳定状态时的振动也是简谐振动,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的固有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,同时还受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。
在⽆阻尼情况下,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°。
当摆轮受到周期性强迫外⼒矩t M M ?cos 0=的作⽤,并在有空⽓阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时(阻尼⼒矩为dt d b θ- ,其运动⽅程为:t M dtd b k dt d J ?θθθcos 022+--= 式中,J 为摆轮的转动惯量;θk -为弹性⼒矩;0M 为强迫⼒矩的幅值;?为强迫⼒的圆频率。
实验步骤(报告):1.实验准备按下电源开关后,屏幕上出现“世纪中科”界⾯,稍后屏幕上显⽰如图33-6 A“按键说明”字样。
2.选择实验⽅式:按确认键,再按“”键选定单机模式。
3.⾃由振荡——摆轮振幅θ与周期T0'的对应值的测量1)⾃由振荡实验的⽬的,是为了测量摆轮的振幅θ与周期T0'的关系。
按确认键,显⽰如图33-6 B 所⽰的实验类型(即实验步骤),默认选中项为⾃由振荡,字体反⽩为选中。
再按确认键显⽰:如图33-6 C。
2)⽤⼿转动摆轮160°左右,放开⼿后按“”键或“”键,测量状态由“关”变为“开”,控制箱开始记录实验数据,振幅的有效数值范围为:160°-50°(振幅⼩于160°测量开,⼩于50°测量⾃动关闭)。
实验02波尔共振实验因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。
在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中,都会遇到各种各样的共振现象。
共振现象既有破坏作用,也有许多实用价值。
许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象,如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。
在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段,例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。
表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性(简称幅频和相频特性)。
本实验中,用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性,并利用频闪方法来测定动态物理量——相位差。
【实验目的】1. 研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。
2. 研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观察共振现象。
3. 学习用频闪法测定运动物体的某些量,例相位差。
【仪器用具】ZKY-BG 波尔共振实验仪【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,同时还受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,此时速度振幅最大,相位差为90°。
实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动,在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性,可直观地显示机械振动中的一些物理现象。
当摆轮受到周期性强迫外力矩t cos M M 0ω=的作用,并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时(阻尼力矩为dt d bθ-)其运动方程为 t cos M dt d b k dtd J 022ω+θ-θ-=θ(1)式中,J 为摆轮的转动惯量,θ-k 为弹性力矩,0M 为强迫力矩的幅值,ω为强迫力的圆频率。
实验02 波尔共振实验因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。
在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中,都会遇到各种各样的共振现象。
共振现象既有破坏作用,也有许多实用价值。
许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象,如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。
在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段,例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。
表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性(简称幅频和相频特性)。
本实验中,用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性,并利用频闪方法来测定动态物理量——相位差。
【实验目的】1. 研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。
2. 研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观察共振现象。
3. 学习用频闪法测定运动物体的某些量,例相位差。
【仪器用具】ZKY-BG 波尔共振实验仪【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,同时还受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,此时速度振幅最大,相位差为90°。
实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动,在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性,可直观地显示机械振动中的一些物理现象。
当摆轮受到周期性强迫外力矩t cos M M 0ω=的作用,并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时(阻尼力矩为dtd bθ-)其运动方程为 t cos M dt d b k dtd J 022ω+θ-θ-=θ (1)式中,J 为摆轮的转动惯量,θ-k 为弹性力矩,0M 为强迫力矩的幅值,ω为强迫力的圆频率。
实验02 波尔共振实验因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。
在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中,都会遇到各种各样的共振现象。
共振现象既有破坏作用,也有许多实用价值。
许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象,如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。
在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段,例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。
表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性(简称幅频和相频特性)。
本实验中,用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性,并利用频闪方法来测定动态物理量——相位差。
【实验目的】1.研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。
2.研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观察共振现象。
3.学习用频闪法测定运动物体的某些量,例相位差。
【仪器用具】ZKY-BG波尔共振实验仪【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,同时还受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,此时速度振幅最大,相位差为90°。
实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动,在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性,可直观地显示机械振动中的一些物理现象。
当摆轮受到周期性强迫外力矩M M0cos t的作用,并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时(阻尼力矩为db)其运动方程为dt2d dJ k b M02dt dtc os t(1)式中,J为摆轮的转动惯量,k为弹性力矩,M为强迫力矩的幅值,为强迫力的圆频率。
令2k0,Jb2,JmmJ则式(1)变为2d d 22 m cos t2dt dt当m cos t 0时,式(2)即为阻尼振动方程。
(2)当0,即在无阻尼情况时式(2)变为简谐振动方程,系统的固有频率为。
方程(2)的通解为t1e cos(f t ) 2 cos( t 0) (3)由式(3)可见,受迫振动可分成两部分:t第一部分, e cos( t )1 ,表示减幅振动部分,其中f2 2f ,和初始条件有关,经过一定时间后衰减消失。
第二部分,说明强迫力矩对摆轮作功,向振动体传送能量,最后达到一个稳定的振动状态。
振幅为22(0 m2)2 2 24(4)它与强迫力矩之间的相位差为22 T T 11 0tg tg (5)2 22 2(T T ) 0由式(4)和式(5)可看出,振幅2与相位差的数值取决于强迫力矩m、频率、系统的固有频率0 和阻尼系数四个因素,而与振动初始状态无关。
2 2 2 2 22 )极值条件可得出,当强迫力的圆频率由[( ) 4 ] 00 (或02 20 2 时,产生共振, 2 有极大值。
若共振时圆频率和振幅分别用r 、r 表示,则2 2r 2 (6)r2 m22 2(7)式(6)、(7)表明,阻尼系数越小,共振时圆频率越接近于系统固有频率,振幅r也越大。
图 1 和图2 表示出在不同时受迫振动的幅频特性和相频特性。
图1 幅频特性图2 相频特性【仪器介绍】ZKY-BG型波尔共振仪由振动仪与电器控制箱两部分组成。
振动仪部分如图 3 所示,铜质圆形摆轮 A 安装在机架上,弹簧B 的一端与摆轮 A 的轴相联,另一端可固定在机架支柱上,图3 波尔振动仪1. 光电门H;2. 长凹槽C;3. 短凹槽D;4. 铜质摆轮A;5. 摇杆M;6. 蜗卷弹簧B;7. 支承架;8. 阻尼线圈K;9. 连杆E;10. 摇杆调节螺丝;11. 光电门I ;12. 角度盘G;13. 有机玻璃转盘F;14. 底座;15. 弹簧夹持螺钉L;16. 闪光灯在弹簧弹性力的作用下,摆轮可绕轴自由往复摆动。
在摆轮的外围有一卷槽型缺口,其中一个长形凹槽C比其它凹槽长出许多。
机架上对准长型缺口处有一个光电门H,它与电器控制箱相联接,用来测量摆轮的振幅角度值和摆轮的振动周期。
在机架下方有一对带有铁芯的线圈K,摆轮 A 恰巧嵌在铁芯的空隙,当线圈中通过直流电流后,摆轮受到一个电磁阻尼力的作用。
改变电流的大小即可使阻尼大小相应变化。
为使摆轮A作受迫振动,在电动机轴上装有偏心轮,通过连杆机构 E 带动摆轮,在电动机轴上装有带刻线的有机玻璃转盘F,它随电机一起转动。
由它可以从角度读数盘G读出相位差Φ。
调节控制箱上的十圈电机转速调节旋钮,可以精确改变加于电机上的电压,使电机的转速在实验范围(30-45 转/ 分)内连续可调,由于电路中采用特殊稳速装置、电动机采用惯性很小的带有测速发电机的特种电机,所0 以转速极为稳定。
电机的有机玻璃转盘 F 上装有两个挡光片。
在角度读数盘G中央上方90 处也有光电门I (强迫力矩信号),并与控制箱相连,以测量强迫力矩的周期。
受迫振动时摆轮与外力矩的相位差是利用小型闪光灯来测量的。
闪光灯受摆轮信号光电门控制,每当摆轮上长型凹槽C通过平衡位置时,光电门H接受光,引起闪光,这一现象称为频闪现象。
在稳定情况时,由闪光灯照射下可以看到有机玻璃指针 F 好象一直“停在”某一刻度处,所以此数值可方便地直接读出,误差不大于 2 。
闪光灯放置位置如图 3 所示搁置在底座上,切勿拿在手中直接照射刻度盘。
摆轮振幅是利用光电门H测出摆轮读数 A 处圈上凹型缺口个数,并在控制箱液晶显示器上直接显示出此值,精度为 1。
1 2 3 476 5图4 波尔共振仪前面板示意图1、液晶显示屏幕2、方向控制键3、确认按键4、复位按键5、电源开关6、闪光灯开关7、强迫力周期调节电位器图5 波尔共振仪后面板示意图1、电源插座(带保险)2、闪光灯接口3、阻尼线圈4、电机接口5、振幅输入6、周期输入7、通讯接口波耳共振仪电器控制箱的前面板和后面板分别如图 4锁定开关和图 5 所示。
电机转速调节旋钮,系带有刻度的十圈电位器,调节此× 1 档旋钮时可以精确改变电机转速,即改变强迫力矩的周期。
锁定开关处于图 6 的位置时,电位器刻度锁定,要调节大小须将其置于该位置的另一边。
×0.1 档旋转一圈,× 1 档走一×0.1 档个字。
一般调节刻度仅供实验时作参考,以便大致确定强迫力矩周期值在多圈电位器上的相应位置。
可以通过软件控制阻尼线圈内直流电流的大小,达到改图6 电机转速调节电位器变摆轮系统的阻尼系数的目的。
阻尼档位的选择通过软件控制,共分 3 档,分别是“阻尼1”、“阻尼2”、“阻尼3”。
阻尼电流由恒流源提供,实验时根据不同情况进行选择(可先选择在“阻尼2”处,若共振时振幅太小则可改用“阻尼1”),振幅在150°左右。
闪光灯开关用来控制闪光与否,当按住闪光按钮、摆轮长缺口通过平衡位置时便产生闪光,由于频闪现象,可从相位差读盘上看到刻度线似乎静止不动的读数(实际有机玻璃 F 上的刻度线一直在匀速转动),从而读出相位差数值。
为使闪光灯管不易损坏,采用按钮开关,仅在测量相位差时才按下按钮。
电器控制箱与闪光灯和波尔共振仪之间通过各种专业电缆相连接。
不会产生接线错误之弊病。
【实验内容与要求】1.实验准备按下电源开关后, 屏幕上出现欢迎界面,其中NO.0000X为电器控制箱与电脑主机相连的编号。
过几秒钟后屏幕上显示如图一“按键说明”字样。
符号“”为向左移动;“”为向右移动;“”为向上移动;“”向下移动。
下文中的符号不再重新介绍。
2.选择实验方式:根据是否连接电脑选择联网模式或单机模式。
这两种方式下的操作完全相同。
3.自由振荡——摆轮振幅与系统固有周期T0 的对应值的测量自由振荡实验的目的,是为了测量摆轮的振幅与系统固有振动周期T的关系。
0 在图一状态按确认键, 显示图二所示的实验类型, 默认选中项为自由振荡, 字体反白为选中。
再按确认键显示: 如图三按键说明→选择项目实验步骤周期Ⅹ1 = 秒(摆轮)自由振荡阻尼振荡强迫振荡阻尼0 振幅→改变工作状态确定→功能项确定测量关00 回查返回图三图一图二yi周期Ⅹ1 = 01.442 秒(摆轮) 阻尼选择10周期Ⅹ= 秒(摆轮)阻尼0 振幅134 阻尼 1 阻尼 2 阻尼3 阻尼 2 振幅测量查01 ↑↓按确定键返回测量关00 回查返回图四图五图六用手转动摆轮160°左右,放开手后按“”或“”键, 测量状态由“关”变为“开”, 控制箱开始记录实验数据, 振幅的有效数值范围为:160°~50 °( 振幅小于160°测量开,小于50°测量自动关闭) 。
测量显示关时, 此时数据已保存并发送主机。
查询实验数据, 可按“”或“”键, 选中回查, 再按确认键如图四所示,表示第一次记录的振幅θ0 = 134°,对应的周期T = 1.442 秒,然后按“”或“”键查看所有记录的数据, 该数据为每次测量振幅相对应的周期数值, 回查完毕, 按确认键, 返回到图三状态。
此法可作出振幅与过程中使用。
T 的对应表。
该对应表将在稍后的“幅频特性和相频特性”数据处理0若进行多次测量可重复操作, 自由振荡完成后, 选中返回, 按确认键回到前面图二进行其它实验。
表1 振幅与T0 关系固有周期固有周期固有周期固有周期振幅T (s)0 振幅T (s)振幅T (s)振幅T (s)4.测定阻尼系数β在图二状态下, 根据实验要求, 按“”键, 选中阻尼振荡, 按确认键显示阻尼: 如图五。
阻尼分三个档次, 阻尼1 最小, 根据自己实验要求选择阻尼档, 例如选择阻尼 2 档, 按确认键显示: 如图六。
首先将角度盘指针 F 放在0°位置,用手转动摆轮160°左右,选取θ0在150°左右,按“”或“”键, 测量由“关”变为“开”并记录数据, 仪器记录十组数据后, 测量自动关闭, 此时振幅大小还在变化, 但仪器已经停止记数。
阻尼振荡的回查同自由振荡类似, 请参照上面操作。
若改变阻尼档测量, 重复操作步骤即可。
从液显窗口读出摆轮作阻尼振动时的振幅数值θ1、θ2、θ3,, θn,利用公式te 00 lnln n T (8)( t nT)e0 n求出β值,式中n 为阻尼振动的周期次数,θn 为第n 次振动时的振幅,T 为阻尼振动周期的平均值。
此值可以测出10 个摆轮振动周期值,然后取其平均值。
一般阻尼系数需测量2-3 次。
利用公式(9)对所测数据( 表2) 按逐差法处理,求出β值。