大學(xué)物理上 陰其俊用波爾共振儀研究受迫振動(dòng)

1、華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology物理實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站 202.120.99.174華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology思考與討論的問題n研究的內(nèi)容研究的內(nèi)容n實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)方案l選擇研究體系選擇研究體系l進(jìn)行儀器設(shè)置進(jìn)行儀器設(shè)置l研究的規(guī)律研究的規(guī)律l物理量的測(cè)量物理量的測(cè)量n結(jié)果分析結(jié)果分析華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China U

2、niversity of Science and Technology內(nèi)容提要現(xiàn)象現(xiàn)象原理原理測(cè)量測(cè)量振動(dòng)振動(dòng)華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology共振的利弊？共振利用共振利用: :日常生活日常生活: :電磁共振、樂器的共鳴箱電磁共振、樂器的共鳴箱醫(yī)療技術(shù)：醫(yī)療技術(shù)：核磁共振核磁共振軍事：軍事：共振武器共振武器生產(chǎn)實(shí)踐：生產(chǎn)實(shí)踐：共振法打樁、激光的產(chǎn)生共振法打樁、激光的產(chǎn)生自燃現(xiàn)象：溫室效應(yīng)自燃現(xiàn)象：溫室效應(yīng)共振危害共振危害: :雪崩雪崩翻船翻船橋梁倒塌橋梁倒塌機(jī)器損壞機(jī)器損壞次聲波

3、對(duì)人次聲波對(duì)人體的傷害體的傷害共振現(xiàn)象普遍存在于力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及分子、原子共振現(xiàn)象普遍存在于力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及分子、原子物理學(xué)等幾乎所有物理學(xué)領(lǐng)域。物理學(xué)等幾乎所有物理學(xué)領(lǐng)域。華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology共振帶來的危害n持續(xù)發(fā)出的某種頻率的聲音會(huì)使玻璃杯破碎；持續(xù)發(fā)出的某種頻率的聲音會(huì)使玻璃杯破碎；n機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以因共振而損壞機(jī)座；機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以因共振而損壞機(jī)座；n高山上的一聲大喊，可引起山頂積雪發(fā)生大雪崩；高山上的一聲大喊，可引起山頂積雪發(fā)生大雪崩；n拖拉機(jī)駕駛員，

4、風(fēng)鎬、風(fēng)鏟、電鋸、鎦釘機(jī)的操作工，他拖拉機(jī)駕駛員，風(fēng)鎬、風(fēng)鏟、電鋸、鎦釘機(jī)的操作工，他們與振動(dòng)源十分接近，在工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)人體有關(guān)部位們與振動(dòng)源十分接近，在工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)人體有關(guān)部位的固有頻率與振動(dòng)源的頻率產(chǎn)生共振。的固有頻率與振動(dòng)源的頻率產(chǎn)生共振。 如何避免？如何避免？為了保障工人的安全與健康，要求用手工操作的為了保障工人的安全與健康，要求用手工操作的各類振動(dòng)機(jī)械的頻率必須大于各類振動(dòng)機(jī)械的頻率必須大于 20Hz 20Hz 。華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology共振帶來的危害

5、機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以因共振而損壞機(jī)座機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以因共振而損壞機(jī)座 。措施：措施：電動(dòng)機(jī)要安裝在水泥澆注的地基上，與大地牢牢相連，電動(dòng)機(jī)要安裝在水泥澆注的地基上，與大地牢牢相連，或要安裝在很重的底盤上，為的是使基礎(chǔ)部分的固有頻率增或要安裝在很重的底盤上，為的是使基礎(chǔ)部分的固有頻率增加，以增大與電機(jī)的振動(dòng)頻率加，以增大與電機(jī)的振動(dòng)頻率( (驅(qū)動(dòng)力頻率驅(qū)動(dòng)力頻率) )之差來防止基礎(chǔ)之差來防止基礎(chǔ)的振動(dòng)。的振動(dòng)。 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology共振的軍事價(jià)值n次聲武器就是利用頻率低于次聲

6、武器就是利用頻率低于20Hz20Hz的次聲波與人體的次聲波與人體發(fā)生共振，使共振的器官或部位發(fā)生位移和變形發(fā)生共振，使共振的器官或部位發(fā)生位移和變形而造成人體損傷以至死亡的一種武器。而造成人體損傷以至死亡的一種武器。 n次聲波武器按照其發(fā)射的頻率不同，作用于人體次聲波武器按照其發(fā)射的頻率不同，作用于人體的部位不同，可分為兩大類：的部位不同，可分為兩大類： “ “神經(jīng)型神經(jīng)型”次聲波武器次聲波武器 “ “器官型器官型”次聲波武器次聲波武器 無聲的武器無聲的武器次聲武器次聲武器華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science

7、and Technology共振在生活當(dāng)中的應(yīng)用微波爐微波爐 食物中水分子的振動(dòng)頻率與微波食物中水分子的振動(dòng)頻率與微波大致相同，微波爐加熱食品時(shí)，大致相同，微波爐加熱食品時(shí)，爐內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩電磁場(chǎng)，使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩電磁場(chǎng)，使食物中的水分子作受迫振動(dòng)，發(fā)食物中的水分子作受迫振動(dòng)，發(fā)生共振，將電磁輻射能轉(zhuǎn)化為熱生共振，將電磁輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使食物的溫度迅速升高能，從而使食物的溫度迅速升高。 這是一種極大地提高了加熱這是一種極大地提高了加熱效率、極為有利于環(huán)保的先效率、極為有利于環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)。進(jìn)技術(shù)。 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China Uni

8、versity of Science and Technology共振在生活當(dāng)中的應(yīng)用 運(yùn)用音樂治療一些心理和生理上的疾病運(yùn)用音樂治療一些心理和生理上的疾病: : 音樂的頻率、節(jié)奏和有規(guī)律的聲波振動(dòng)，音樂的頻率、節(jié)奏和有規(guī)律的聲波振動(dòng)，是一種物理能量，會(huì)直接影響人們的腦電波、是一種物理能量，會(huì)直接影響人們的腦電波、心率、呼吸節(jié)奏等。當(dāng)人處在優(yōu)美悅耳的音樂心率、呼吸節(jié)奏等。當(dāng)人處在優(yōu)美悅耳的音樂環(huán)境中，可以改善精神系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、內(nèi)環(huán)境中，可以改善精神系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的功能。分泌系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的功能。華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East Chi

9、na University of Science and Technology l自由振動(dòng)自由振動(dòng)l阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)l受迫振動(dòng)受迫振動(dòng) 物體在周期性外力的物體在周期性外力的持續(xù)作用下進(jìn)行的振動(dòng)持續(xù)作用下進(jìn)行的振動(dòng))cos()(0nnnntAtf振 動(dòng)華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology受迫振動(dòng) 本實(shí)驗(yàn)采用擺輪在彈性力矩和電磁阻尼力本實(shí)驗(yàn)采用擺輪在彈性力矩和電磁阻尼力矩作用下作受迫振動(dòng)來研究其振動(dòng)特性。矩作用下作受迫振動(dòng)來研究其振動(dòng)特性。tMdtdbkdtdJcos022根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定理

10、受迫振動(dòng)方程根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定理受迫振動(dòng)方程電磁阻尼電磁阻尼驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technologytmdtddtdcos22022方程的通解為：方程的通解為：)cos()cos(21tteft阻尼項(xiàng)阻尼項(xiàng)受迫項(xiàng)受迫項(xiàng)暫態(tài)項(xiàng)暫態(tài)項(xiàng)穩(wěn)定項(xiàng)穩(wěn)定項(xiàng)受迫振動(dòng)方程與解華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology穩(wěn)定的振動(dòng)狀態(tài)： 幅頻特性曲線幅頻特性曲線22222024m02202r位移共

11、振條件位移共振條件華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology穩(wěn)定的振動(dòng)狀態(tài)：相頻特性曲線相頻特性曲線2202arctan當(dāng)發(fā)生共振時(shí)當(dāng)發(fā)生共振時(shí)2,rrtg華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology實(shí)驗(yàn)儀器物理結(jié)構(gòu)與功能電機(jī)轉(zhuǎn)速、振幅、擺電機(jī)轉(zhuǎn)速、振幅、擺輪周期測(cè)量：輪周期測(cè)量：光電門光電門電磁阻尼電磁阻尼電機(jī)電機(jī)相位差測(cè)量：相位差測(cè)量：閃光燈、角度讀數(shù)盤上指示桿閃光燈、角度讀數(shù)盤

12、上指示桿。波耳共振儀由波耳共振儀由振動(dòng)儀振動(dòng)儀與與電器控制箱電器控制箱兩部分組成兩部分組成華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 自自 由由 振振 動(dòng)：動(dòng)： 阻阻 尼尼 振振 動(dòng)：動(dòng)： 受受 迫迫 振振 動(dòng)動(dòng) ： 0電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)器率調(diào)節(jié)器華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology 擺輪的振幅與振動(dòng)周期T的測(cè)量 雙光電門雙光電門測(cè)量擺輪振測(cè)量擺輪振幅與周期：

13、幅與周期：雙光電門雙光電門H H、擺輪周邊矩?cái)[輪周邊矩形信號(hào)碼、形信號(hào)碼、平衡處長矩平衡處長矩形信號(hào)碼。形信號(hào)碼。華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology利用頻閃法測(cè)定相位差 當(dāng)長凹槽經(jīng)過光電門時(shí)，當(dāng)長凹槽經(jīng)過光電門時(shí)，閃光燈閃爍一次。閃光燈閃爍一次。相位差測(cè)量：閃光燈、角度讀數(shù)盤上指示桿相位差測(cè)量：閃光燈、角度讀數(shù)盤上指示桿。華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology研究內(nèi)容研

14、究內(nèi)容1.1.自由振動(dòng)：測(cè)定擺輪振幅自由振動(dòng)：測(cè)定擺輪振幅不同時(shí)的固有頻率不同時(shí)的固有頻率0 02.2.阻尼振動(dòng)：阻尼系數(shù)阻尼振動(dòng)：阻尼系數(shù)3.3.測(cè)量幅頻特性和相頻特性測(cè)量幅頻特性和相頻特性 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)器率調(diào)節(jié)器華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology阻尼系數(shù)計(jì)算5ln5iiT逐差法逐差法: 阻尼振動(dòng)研究中的數(shù)據(jù)阻尼振動(dòng)研究中的數(shù)據(jù)作圖法作圖法: 受迫振動(dòng)的幅頻特性曲線受迫振動(dòng)的幅頻特性曲線2r0210華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)理解實(shí)驗(yàn)的物理內(nèi)涵理解實(shí)驗(yàn)的物理內(nèi)涵了解儀器的設(shè)計(jì)思路了解儀器的設(shè)計(jì)思路掌握物理量的測(cè)量方法掌握物理量的測(cè)量方法學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的分布設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的分布設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)