自制受迫振动演示器

人教版高中《物理》第九章"受迫振动共振"一节中,用图1所示的装置研究受迫振动的频率与哪些因素有关.在演示操作过程中,振子上下振动的同时还左右前后摆动,特别是驱动力频率与弹簧振子的频率接近时,振子摆动幅度更大,导致振子碰撞支架,不能形成稳定的演示效果.针对该装置的不足,笔者自制了如图2所示的演示器.     

利用位移传感器改进受迫振动实验

利用DISLab实验系统中的位移传感器,改进基于弹簧振子的受迫振动实验仪,实时观察振子和驱动装置的运动情况,取得了清晰的实验图像和数据,受迫振动的物理意义更加清楚。     

音叉的共振频率与双臂质量的关系研究及其应用

通过对音叉振动系统的研究,分析了受迫振动系统振动振幅与驱动力频率的关系及音叉共振频率与双臂质量的关系,并用共振原理设计了振动式液体密度传感器.     

干涉法测量音叉振动

采用干涉法对音叉受迫振动的位移振幅、速度振幅以及音叉振动与外加周期性驱动力的相频关系做了测量与探究.实验结果表明,位移共振频率与速度共振频率近似相等;音叉达到共振时,音叉振动与外加周期性驱动力存在π/2的相位差.利用干涉的方法可对音叉受迫振动的位移振幅、速度振幅以及音叉振动与外加周期性驱动力的相频关系同时进行研究,并且可观测到调节信号源频率至共振频率过程中相位差的改变,以及达到共振时施加外在扰动后相位差偏离π/2而后恢复的过程.     

参量共振单摆的理论与实验研究

为了将参量共振引入基础物理实验教学,搭建了参量驱动单摆实验系统,并从理论和实验上研究了平衡点附近的运动.理论上,利用微扰方法计算了轨道的一般形式,在此基础上确定了参量共振带的边界,并得到了轨道特征量与驱动参量(频率与幅度)的依赖关系.实验上,利用2个一维激光位移传感器组装成二维位移传感器,实现了单摆轨迹的实时测量.在参量共振带内,测量了不同驱动频率下的轨道发散指数和振子-驱动相位差;在参量共振带的中心,测量了发散指数与驱动幅度之间的关系;在参量共振带的外边缘,测量了轨道包络的拍频和调制深度与驱动频率的关系.所有测量结果都与一阶微扰计算符合良好.     

受迫振动

前言为了帮助学生形象地了解受迫振动,我们设计制造了这个受迫振动仪。它能演示共振现象,诸如共振时位移落后强迫力π/2,共振时强迫力对振子作正功等各种现象;也能通过测量作共振曲线。整个实验过程直观,能达到形象化教学的目的。仪器简述受迫振动仪是由弹簧振子和简谐振动发生器配合在一起构成的,如图1所示。AE是一     

外力驱动下耦合弹簧振子的法诺共振

法诺共振是物理体系中普遍存在的一种非对称共振现象,它最早起源于量子物理,其微观图像是原子谱线中窄的分离态与宽的连续态之间的相干干涉.本文利用经典力学体系中两个弹簧振子的耦合,使其中一个弹簧振子受到周期性外力的驱动,成功类比了量子力学中的法诺共振现象.通过分析每个弹簧振子的动力学方程,严格求解它们的振动公式,从而得到每个弹簧振子的振幅和位相与外部驱动力频率之间的关系.结果表明,耦合体系中受外力驱动的那个弹簧振子既可以发生非对称的法诺共振,又可以发生对称的洛仑兹共振,而另一个弹簧振子只能发生洛仑兹共振.本文的推导与分析能够使读者更好地理解法诺共振现象及其激发条件.     

共振演示实验的纰缪与装置的改进

针对高中物理教科书中共振现象的演示实验装置存在着纰缪,在大学物理实验弹簧振子的受迫振动仪的基础上改进了共振实验演示装置。装置由T形支架下的弹簧和小球组成振动系统,通过比较浸没在水中的小球的固有周期和转动圆盘出现最大振幅时的周期,进而得到二者频率的关系,即共振产生的条件.     

微液滴在超疏水表面的受迫振动及其接触线的固着-移动转变

利用高速摄影技术对超疏水表面液滴振动的动态行为进行观测,研究液滴在不同频率下的振动特性. 实验发现,液滴的共振频率满足Rayleigh方程,微液滴在超疏水表面具有自由液滴的振动性质. 在80–200 Hz的驱动频率范围内,接触线出现了明显的固着-移动现象,液滴的振动频率是驱动频率的一半,液滴振动时的形变较大. 当驱动频率大于200 Hz时,接触线基本固着,液滴的振动频率近似等于驱动频率,液滴共振时的形态边缘始终有节点存在. 分析表明,液滴对外界驱动的不同响应与接触线的振荡行为和变形程度密切相关 关键词： 超疏水表面 受迫振动 共振 接触线     

受迫振动中的能量转换

振动系统在周期性的策动力F=F0cosωt的作用下,其稳态受迫振动为x=Acos(ωt ),和无阻尼自由振动位移变化完全一样,但是系统的总能量一般并不守恒,动能和势能在一个周期内的平均值Ek和Ep一般也不相等,为什么会有这种情况呢?受迫振动的能量转换是如何发生的呢?下面我们以弹簧振子的受迫振动为例来说明这个问题. 设一弹簧振子在策动力F=F0cosωt的作用下作稳态受迫振动.弹簧振子重物的质量为m,运动中所受阻力为-γυ,弹簧的倔强系数为k,其运动微分方程为其中:大家知道,方程(l)的稳态解为上式中稳态受迫振动初相。随策动力频率。变化情况见图…     

从受迫振动到混沌的实验系统设计

研究构建了一个由椭圆轨道方式驱动的弹簧振子混沌运动系统,它基于弹簧振子受迫振动的形式并符合混沌运动的条件.椭圆轨道长半轴a=20 mm,短半轴b=16 mm,驱动电机是由单片机模块控制的调频直流电机,角速度ω的范围是20~80 r/min,振子的位移x由朗威DisLab数字化实验系统测量.实验结果与理论模拟符合较好.     

超声波作用下泡群的共振声响应

从球状泡群气泡动力学方程出发, 考虑泡群间次级声辐射的影响, 得到了声场中两泡群共同存在时气泡振动的动力学方程, 并以此为基础探讨声波驱动下双泡群振动系统的共振响应特征. 由于泡群间气泡间的相互作用, 系统存在低频共振和高频共振现象, 两不同共振频率的数值与泡群内气泡的本征频率相关. 泡群内气泡的本征频率又受到初始半径、泡群大小和泡群内气泡数量的影响. 气泡自由振动和驱动声波的耦合激起泡群内气泡的受迫振动, 气泡初始半径、气泡数密度和驱动声波频率等都会影响泡群内气泡的振动幅值和初相位. 关键词： 气泡群 共振 声响应 超声空化     

自制受迫振动演示器

高中物理教材中受迫振动是用手摇把手下挂弹簧振子来演示的,由于弹簧振子振动时易摇晃,手摇控制策动力的频率也不易掌握,因而共振现象不易观察。单摆的共振现象教材中是用张紧的绳上挂几个单摆来演示的,装置虽简单,效果并不好。原因一是挂单摆的绳形成“弧垂”,造成对各单摆的策动力强弱不等。二是由于绳上形成“波”的反射,使作用到各单摆的策动力变得复杂,实验中很难调节到受迫共振摆和“策动摆”基本同相位,策     

机械扫描振子的研制及演示

由于机械扫描振子在振动区间存有一共振峰,故提出了采用选频放大器驱动电路消除振子在振动区间的非线性的设计,并应用于演示弦线驻波、共振和李萨如图等实验中.     

受迫振动及共振频率的计算

物体作受迫振动的频率等于策动力的频率，当策动力频率与振动系统的固有频率相等时发生共振．然而，在一般振动中，阻力（包括振动系统内部的耗散力）是不可能完全避免的．现分析振动系统在周期性外力和阻力作用下的振动．如图回所示，质量为M的物体系在劲度系数为人的弹簧上，物体在周期性变化的外力F-F。COSa，t作用下作受迫振动二其中尼为周期性外力的幅值，若系统在振动过程中受到的阻力与物体的速度成正比，方向与速度方向相反，阻尼系数为定值R，则阻力＊。-一RX．现用X表示物体离开平衡位置的位移，可得振动方程：其解为该方程的…     

利用蜂鸣片受迫振动测液体黏度

用信号发生器驱动蜂鸣片在真空泵油中产生受迫振动,通过测量液体中振动物体的谐振频率求得液体阻尼系数,进而确定了液体黏度.     

双频信号驱动含分数阶内、外阻尼Duffing振子的振动共振

本文利用解析和数值的方法研究了由双频周期信号驱动含分数阶内、外阻尼的Duffing振子的振动共振现象,并讨论了分数阶阶数对上述现象的影响. 研究发现：双频周期信号同时驱动的分数阶Duffing振子响应幅值增益Q可随着高频周期激励幅值的改变达到最大值,即出现了和整数阶非线性动力系统相似的振动共振现象,而相应的分数阶导数项则分别为系统提供了内、外两种阻尼力从而导致了系统有效势函数的改变,进而引发了比整数阶动力系统更为丰富的振动共振现象. 关键词： 振动共振 Duffing振子 分数阶阻尼 分数阶系统     

共振系列实验教具的创新设计

通过自主设计共振的系列实验教具, 把受迫振动振幅与驱动力频率和固有频率的关系定性和定量展现 出来, 从定性到定量研究受迫振动的振幅规律. 教师在课堂中演示系列共振实验, 能促进学生对共振的有意义学习     

利用DIS数字化信息系统对高脚玻璃杯振动声现象的研究

对高脚玻璃酒杯杯沿受力F激励后杯壁发生振动的现象进行了研究,利用DIS声传感数字化信息系统采集振动频率,研究频率与振动有效质量之间的关系,结合振动理论研究其杯壁的受迫振动机理.     

双频信号驱动含分数阶内、外阻尼Dufng振子的振动共振

本文利用解析和数值的方法研究了由双频周期信号驱动含分数阶内、外阻尼的Dufng振子的振动共振现象,并讨论了分数阶阶数对上述现象的影响.研究发现:双频周期信号同时驱动的分数阶Dufng振子响应幅值增益Q可随着高频周期激励幅值的改变达到最大值,即出现了和整数阶非线性动力系统相似的振动共振现象,而相应的分数阶导数项则分别为系统提供了内、外两种阻尼力从而导致了系统有效势函数的改变,进而引发了比整数阶动力系统更为丰富的振动共振现象.