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East China University of Science and Technology,物理實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站 202.120.99.174,用波爾共振儀研究受迫振動(dòng),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(wèn)題,研究的內(nèi)容實(shí)驗(yàn)方案選擇研究體系進(jìn)行儀器設(shè)置研究的規(guī)律物理量的測(cè)量結(jié)果分析,華東理工大

2、學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East China University of Science and Technology,內(nèi)容提要,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:日常生活:電磁共振、樂(lè)器的共鳴箱醫(yī)療技術(shù)：核磁共振軍事：共振武器生產(chǎn)實(shí)踐：共振法打樁、激光的產(chǎn)生自燃現(xiàn)象：溫室效應(yīng),共振危害:雪崩翻船橋梁倒塌機(jī)器

3、損壞次聲波對(duì)人體的傷害,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East China University of Science and Technology,共振帶來(lái)的危害,持續(xù)發(fā)出的某種頻率的聲音會(huì)使玻璃杯破碎；機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以因共振而損壞機(jī)座；高山上的一聲大喊，可引起山頂積雪發(fā)生大雪崩；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

4、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。,如何避免？,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 20Hz 。,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(lái)的危害,,機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以因共振而損壞機(jī)座 。,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，或要安裝在很重的底盤(pán)上，為的是使基礎(chǔ)部分的固有

5、頻率增加，以增大與電機(jī)的振動(dòng)頻率(驅(qū)動(dòng)力頻率)之差來(lái)防止基礎(chǔ)的振動(dòng)。,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,次聲武器就是利用頻率低于20Hz的次聲波與人體發(fā)生共振，使共振的器官或部位發(fā)生位移和變形而造成人體損傷以至死亡的一種武器。 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： “神經(jīng)型”次

6、聲波武器 “器官型”次聲波武器,無(wú)聲的武器——次聲武器,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,共振在生活當(dāng)中的應(yīng)用,微波爐 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)，爐內(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)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。,這是一種極大地提高了加熱效率、極

7、為有利于環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)。,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,共振在生活當(dāng)中的應(yīng)用,運(yùn)用音樂(lè)治療一些心理和生理上的疾病: 音樂(lè)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、心率、呼吸節(jié)奏等。當(dāng)人處在優(yōu)美悅耳的音樂(lè)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。,華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心E

8、ast China University of Science and Technology,,,自由振動(dòng)阻尼振動(dòng)受迫振動(dòng) 物體在周期性外力的持續(xù)作用下進(jìn)行的振動(dòng),振 動(dòng),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矩作用下作受迫振動(dòng)來(lái)研究其振動(dòng)特性。,,,根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定理受迫振動(dòng)方程,電磁阻尼,驅(qū)動(dòng)

9、力,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,,,,,,,方程的通解為：,阻尼項(xiàng),受迫項(xiàng),暫態(tài)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East China University of Science and Technology,,,,,,,,穩(wěn)定的振動(dòng)狀態(tài)：,幅頻特性曲線,位移共振條件,華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心East Chi

10、na University of Science and Technology,,,,,,,,穩(wěn)定的振動(dòng)狀態(tài)：,相頻特性曲線,當(dāng)發(fā)生共振時(shí),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、擺輪周期測(cè)量：光電門(mén),,,電磁阻尼,電機(jī),相位差測(cè)量：閃光燈、角度讀數(shù)盤(pán)上指示桿。,波耳共振儀由振動(dòng)儀與電器控制箱兩部分組成,華東理工

11、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 由 振 動(dòng)：,阻 尼 振 動(dòng)：,受 迫 振 動(dòng) ：,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)器,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θ與振動(dòng)周期T的測(cè)量,,雙光電門(mén),,測(cè)量擺輪振幅與周期：雙光電門(mén)H、擺輪周邊矩形信號(hào)碼、平衡處長(zhǎng)

12、矩形信號(hào)碼。,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(zhǎng)凹槽經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，閃光燈閃爍一次。,,,相位差測(cè)量：閃光燈、角度讀數(shù)盤(pán)上指示桿。,,,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?jī)?nèi)容,1.自由振動(dòng)：測(cè)定擺輪振幅θ不同時(shí)的固有頻率ω0

13、2.阻尼振動(dòng)：阻尼系數(shù)3.測(cè)量幅頻特性和相頻特性,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)器,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,逐差法: 阻尼振動(dòng)研究中的數(shù)據(jù),作圖法: 受迫振動(dòng)的幅頻特性曲線,,,,,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