实验报告 音叉的受迫振动与共振实验
音叉的振动与共振实验
音叉的振动与共振实验一、实验目的1. 研究音叉自由状态下振动的幅频情况；2.进行音叉双臂振动与对称双臂质量关系的测量；3. 在音叉增加阻尼的情况下，测量音叉共振频率及锐度，并对比不同阻尼下的幅频曲线。
二、实验仪器音叉受迫振动与共振实验仪、不同质量的小物块（5g、10g、15g）、阻尼磁铁三、实验原理及内容音叉在周期性外力作用下做受迫振动。
1、音叉在自由状态下的振动：2、音叉在驱动力与阻尼下的振动：3、在音叉臂上对称添加物块的振动：4、锐度四、实验过程仪器调试: 将驱动线圈与接收线圈置于音叉末端，并保持正对状态，调节两线圈至音叉的距离。
连接线路，打开音叉受迫振动与共振实验仪。
调节实验仪频率至260Hz 左右，观察电压变化。
上下调节频率，观察电压变化，找到某一频率使得电压最大，并以此调节电压幅度值（约1.8V）和微调线圈对正情况。
之后保持线圈位置、幅度旋钮不变。
1.测量音叉自由状态下的幅频曲线：调节频率在共振频率上下波动2Hz（依据电压情况），改变频率，测量并记录不同频率对应的电压值。
注：在共振频率附件测量数据点相对密集些。
2.测量不同附加质量下的音叉共振频率:在音叉上下臂上相同位置添加不同质量的物块（5g、10g、15g、20g、25g），分别测量并记录对应的共振频率。
3.测量不同阻尼下的幅频曲线：在音叉下方加一磁性棒，通过磁性棒对音叉的电磁力作用产生阻尼力。
调节磁性棒距音叉距离来改变阻尼大小，粗侧不同阻尼下的共振频率，调节频率在共振频率上下波动2Hz（依据电压情况），改善频率，测量并记录不同频率对应的电压值。
注：在共振频率附近测量数据点相对密集些。
其他注意事项：1、驱动线圈和接收线圈距离音叉臂的位置要合适，距离远信号变小。
测量共振曲线时驱动线圈和接收线圈的位置确定后不能再移动，否则会造成曲线失真。
2、驱动线圈和接收线圈的连接线要小心使用，不可用力拉扯。
五、实验数据及处理1. 测量自由状态下的音叉幅频特性曲线：测大约40组频率（Hz）—电压（V）数据，绘制音叉自由状态幅频特性曲线（V-f曲线），绘制曲线后，求出两个半功率点f1和f2，计算音叉的锐度（Q值）。
音叉的受迫振动与共振实验报告
音叉的受迫振动与共振实验报告音叉的受迫振动与共振实验报告引言：共振是物理学中一个重要的现象，它在各个领域都有广泛的应用。
本次实验旨在通过研究音叉的受迫振动与共振现象，深入理解其原理和特性。
实验目的：1. 研究音叉在受迫振动下的振动特性；2. 探究音叉共振的条件和特点；3. 分析共振现象的应用领域。
实验装置：1. 音叉：选用频率可调的音叉，以便观察不同频率下的振动现象；2. 电磁振子：用于受迫振动实验，通过电流激励产生振动；3. 示波器：用于观察和记录振动信号。
实验步骤：1. 将音叉固定在支架上，并调整其频率为初始状态；2. 将电磁振子的线圈与音叉相对应的位置，通过电流激励使音叉振动；3. 通过示波器观察和记录音叉的振动信号；4. 逐渐调整电磁振子的频率，观察音叉的振动情况；5. 记录共振出现的频率，并进行数据分析。
实验结果与分析：通过实验观察和记录，我们得到了音叉在受迫振动下的振动特性。
当电磁振子的频率与音叉的固有频率相同时，音叉共振现象明显，振幅增大。
而当频率偏离音叉的固有频率时，振幅逐渐减小，最终趋于平衡。
我们进一步分析了共振现象的条件和特点。
首先，共振现象发生的条件是电磁振子的频率与音叉的固有频率相等。
其次，共振时音叉的振动幅度最大，能量传递最为有效。
最后，共振现象在不同频率下都会出现，但只有在频率接近音叉的固有频率时，共振效应才会显著。
共振现象在实际生活中有广泛的应用。
例如，共振现象在桥梁工程中起到重要作用。
当桥梁受到外力作用时，如果外力频率与桥梁固有频率相近，就会引发共振，导致桥梁振幅增大，甚至发生破坏。
因此，在桥梁设计中需要考虑共振现象，以避免潜在的危险。
结论：通过本次实验，我们深入了解了音叉的受迫振动与共振现象。
我们通过观察和记录音叉的振动信号，研究了共振现象的条件和特点。
同时，我们也了解到共振现象在桥梁工程等领域的应用。
通过这次实验，我们对共振现象有了更深入的认识，也增加了我们对物理学原理的理解。
华中科技大学大学物理实验-受迫振动与共振实验(final)_zhb
2. 位移共振
A
2
F0
(m
k
)
2
m
2 0
F0
2 2
4 2 2
r 02 2 （位移共振条件）
Ar F0 2m 02 2
r 0
位移共振曲线
音叉的电磁激振与拾振
拾振/接收 线圈
激振/驱动 线圈
激振线圈在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。 拾振线圈靠近被磁化的音叉臂另一端放置，由于变化的磁场产生 感应电流输出到交流数字电压表中。
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 258
U(V)
258.5
259
259.5
260 260.5 f(Hz)
261
261.5
262
262.5
4、测量无阻尼状态下音叉的速度幅频特性以及相应 的共振频率f0和输出电压Umax。 测量范围从f0-2Hz至f0 +2Hz由小往大测，稀疏区Umax 隔约0.1V 取一个点，密集区改变驱动频率 f 的小数点 后倒数第二位(隔0.010Hz)取点。
v max
2
F0
(m ) 2
k
m k 0
( r 0 k ) m
F0 vr 2m
tg
F0 0
k m
速度共振曲线的锐度 (品质因素)：
f
速度共振曲线
f0 Q 2 1 f 2 f 1
阻尼： 估测f0: （有或无） Hz， 估测Umax: V, 0.707Umax: V
f (Hz)
Umax (V)
华科物理实验——音叉的受迫振动与共振
结果分析：就速度共振而言，有无阻尼情况下的位移最大处的频率取值应该是一样的，但本次测量中，在无阻尼情况下，f0=263.817Hz；在有阻尼情况下，f0=263.688Hz。二者并不相等，应该是受了位移共振的影响，使得有阻尼情况下共振频率偏小。
相对误差 ，故误差可忽略。
此外，从锐度的计算来看， ，所以阻尼使得速度在共振频率附近的变化幅度略微减小，这是正常的，因为设想阻尼无穷大的情况下，速度不再变化。
根据实验数据，Excel软件作图如下：
（1）在无阻尼情况下：Umax=1.563V，对应f0=263.817Hz，故0.707 Umax=1.105V，据数据与图表的与其相对应的频率分别约为：f1=263.691Hz，f2=263.940Hz。
锐度计算：
（2）(2)在有阻尼情况下：Umax=1.392V，对应f0=263.688Hz，故0.707 Umax=0.984V，据数据与图表的与其相对应的频率分别约为：f1=263.550Hz，f2=263.820Hz。
（2）人为操作时，测量前后可能调节了驱动信号输出幅度，即黑色旋钮，使实验结果不一致。
（3）测量环境中其它因素的影响，比如说温度，与其它音叉的共振等等。
3、绘制周期平方T2与质量m的关系图，分析其特点和意义。
答：数据如下：
注： s
根据实验数据，Excel软件作图如下：
据图的拟合曲线为：
结果分析：据图可知T2与m成正比，且实验测得的数据误差较小。由此可由测量音叉的振动周期来测量未知质量，并可制作测量质量和密度的传感器。
【拓展问】
1、平移阻尼块的位置，可能会发生什么现象？
故共振频率 , 0.001V
（2）
据实验数据可得：有阻尼情况下作受迫振动的共振频率为263.688Hz，相应的Umax=1.392V。
音叉的受迫振动与共振实验(共享)
音叉的受迫振动与共振实验(共享)
音叉是一种能够发出声音的乐器，它的振动频率非常稳定。
在本次实验中，我们将使
用音叉来研究受迫振动和共振的现象。
本实验的目的是通过对音叉在不同频率下的受迫振
动和共振现象的观察，深入了解受迫振动和共振的规律和应用。
实验器材：
音叉、传声器、信号发生器、示波器等。
实验原理：
受迫振动是指物体振动受到外力的影响，强制振动。
外力的大小、方向和频率都会影
响振幅和频率的变化规律。
当外力频率与物体本身的振动频率相同时，就发生了共振现象。
共振能够引起振幅的急剧增加，结构破坏和噪音等问题，因此需要避免。
实验步骤：
第一步：将信号发生器连接到传声器，将传声器与示波器相连，设置示波器为X-Y模式。
第二步：将音叉竖直放置，用橡皮筋固定，用手拨动音叉，使其振动。
用示波器观察
到的波形确认音叉的振动频率。
第三步：将传声器放置在音叉旁，用信号发生器向音叉传递外力，改变外力的频率，
观察到音叉振动的效果，并记录下振幅和频率的变化规律。
第四步：通过调整信号发生器的频率，在相同的频率下观察到共振现象。
并记录下相
应的振幅和频率。
实验结果：
实验结果表明，当信号发生器输出的频率接近音叉自然频率时，音叉的振幅最大。
当
外力频率不等于音叉自然频率时，振动幅度逐渐减小。
这表明外力频率与音叉自然频率之
间存在着共振现象，声音会变得非常响亮。
然而，外力频率稍高或稍低于音叉自然频率时，振动幅度降至最低。
结论：。
音叉的受迫振动与共振实验
（4） 与无阻尼的周期相比，周期变大。 2、受迫振动 实际的振动都是阻尼振动，一切阻尼振动最后都要停止下来．要使 振动能持续下去，必需对振子施加持续的周期性外力，使其因阻尼而损 失的能量得到不断的补充．振子在周期性外力作用下发生的振动叫受迫 振动，而周期性的外力又称驱动力．实际发生的许多振动都属于受迫振 动．例如声波的周期性压力使耳膜产生的受迫振动，电磁波的周期性电 磁场力使天线上电荷产生的受迫振动等。 为简单起见，假设驱动力有如下的形式：
应密集一些，确保找准共振频率。
驱动信号输出幅度：
阻尼大小：
f (Hz)
……
U（V）
……
3、在无阻尼状态下，将不同质量块（5g、10g、15g、20g、25g） 分别加到音叉双臂指定的位置上，并用螺丝旋紧。测出音叉双臂对称加 相同质量物块时，相对应的共振频率。记录m~f关系数据，（数据表格 如下图所示）。 m（g）
式中为驱动力的幅值，为驱动力的角频率。
振子处在驱动力、阻力和线性回复力三者的作用下，其动力学方程
成为
（5）
仍令，得到：
（6）
微分方程理论证明，在阻尼较小时，上述方程的解是：
（7）
式中第一项为暂态项，在经过一定时间之后这一项将消失，第二项
是稳定项．在振子振动一段时间达到稳定后，其振动式即成为：
（8）
动力做正功，振子输人能量；反向时驱动力做功，振子输出能量。输
人功率的大小可由计算。设想在振子固有频率、阻尼大小、驱动力幅值
均固定的情况下，仅改变驱动力的频率，则不难得知，如果满足最大值
受迫振动与共振实验报告
受迫振动与共振实验报告受迫振动与共振实验报告引言：振动是自然界中普遍存在的一种现象，它在物理学、工程学等领域中具有广泛的应用。
受迫振动是一种特殊的振动现象，它在外界作用下被迫以某种频率振动。
共振则是指当外界频率与振动系统的固有频率相等时，振动幅度达到最大值的现象。
本次实验旨在通过受迫振动与共振的研究，深入了解振动现象的特性和应用。
实验目的：1. 通过实验观察和测量受迫振动的特性；2. 研究共振现象的产生条件及其应用。
实验装置与方法：本次实验采用了一根长而细的弹簧，一台频率可调的振荡器和一块质量较小的振子。
实验步骤如下：1. 将弹簧固定在支架上，挂上振子；2. 将振荡器与弹簧相连，调节振荡器频率为可调范围内的任意值；3. 激发振荡器，观察振子的振动情况，并记录振动幅度和频率。
实验结果与分析：在实验过程中，我们发现振子的振幅随着外界频率的变化而发生变化。
当外界频率与振子的固有频率相同时，振幅达到最大值，即发生共振现象。
此时，振子受到的外力与其固有振动频率完全同步，使得振子的振幅不断增大。
通过实验数据的记录和分析，我们得出以下结论：1. 受迫振动的振幅与外界频率之间存在一定的关系，当外界频率接近振子的固有频率时，振幅达到最大值；2. 共振现象的产生与振子的固有频率密切相关，只有当外界频率与振子的固有频率相等时，共振现象才会发生；3. 共振现象在实际生活中有着广泛的应用，如音乐乐器的共鸣、桥梁的共振等。
实验的局限性与改进：本次实验中，我们只观察了振子的振幅变化，而未对其相位进行测量。
进一步的实验可以通过引入相位测量装置，来研究振子的相位变化规律。
此外，由于实验条件的限制，我们只能在有限的频率范围内进行观察，进一步的实验可以扩大频率范围，以获得更全面的数据。
结论：通过本次实验，我们深入了解了受迫振动与共振现象的特性和应用。
受迫振动是一种外界强迫下的振动现象，而共振则是在外界频率与振动系统固有频率相等时，振幅达到最大值的现象。
音叉的受迫振动与共振
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。
实验报告 音叉
【数据处理】
共振曲线 160
β=β0 140 β=β1
120
β=β2
Ar/mV
100
80
60
40 237
237.2
237.4
237.6
237.8
ห้องสมุดไป่ตู้
238 p/HZ
238.2
238.4
238.6
238.8
239
【误差分析】 系统误差 仪器误差： 1.仪器需要先预热，若未预热完全，则仪器的示数不准。 2.接触点的电阻会起到分压的作用。 理论误差： 1.理论推导时使用了近似条件。 随机误差 1.示波器读数时波形在变化，读数有误差。
������������=237.5Hz ������������=76mV β=������2
p/Hz ������������/mV p/Hz ������������/mV 237.4 75 237.6 73 237.3 70 237.7 66 237.2 64 237.8 60 237.1 56 237.9 52 237.0 50 238.0 46
ℎ ������ 02 −������ 2 +4������ 2 ������ 2
2013301020142
(h= )
������
������
相位差为 φ = arctan
2������������
������ 02 −������
=arctan 2
������ ������02 ������
������ (������ 2 −������02 )
2.低频信号发生器的输出在不停微小变化。 【注意事项】 1.本实验所绘制的共振曲线是在强迫力力幅恒定的条件下进行的，因 此， 当低频信号发生器的输出电压一经确定以后， 在整个实验过程中， 都要保持这个电压不变，而且要及时核对调节。 2.本实验使用了较多的电子仪器，而重点研究的是力学问题，因 此不要过多地去研究电子仪器。 3.绘制共振曲线时，坐标比例要选取适当。 4.注意信号源的输出不要短路，以防止烧坏仪器。 【习题】 1.增加阻尼，降低共振频率。 2.收音机中运用了 LC 谐振电路，与电磁波共振，接收信号。
音叉的受迫振动
音叉的受迫振动与共振(实验预习报告)【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。
音叉的受迫振动与共振实验预习报告
音叉的受迫振动与共振实验预习报告一实验目的1. 研究音叉振动系统的受迫振动；2. 研究阻尼对音叉共振曲线的影响；3. 研究音叉双臂负载物的质量与位置对音叉固有频率的影响；二实验原理音叉是一个典型的振动系统，其二臂对称、振动相反，中心杆处于振动的节点位置，净受力为零而不振动。
因此外界对音叉振动的影响很小，音叉保持振动的能力很强，其品质因数（Q 值）很容易达到103的数量级。
音叉的固有频率由其材质和几何形状决定。
1.音叉的阻尼振动和受迫振动如果在驱动线圈上通以正弦信号，音叉振动的动力学方程可以写成：其中x为音叉上某固定点的位移，0为音叉的固有圆频率，δ > 0表征阻尼强度(Q ≡0/2δ)，为驱动电压的圆频率，正比于驱动电压的振幅。
2、利用音叉振动测量质量称m0为音叉的等效质量。
改变附加质量，测量对应的振动周期，可以得到音叉的等效质量与等效劲度系数。
需要指出的是，这两个量与固定质量块的位置是有关的。
由此原理可制作测量质量和密度的传感器。
3、音叉振动中的非线性现象音叉振动存在一定的非线性：振动频率与振幅有一定关系，阻尼也不完全与速度成正比。
三实验内容1. 测量音叉的阻尼振动，根据阻尼振动波形计算音叉的固有频率与品质因数。
2. 测量音叉共振的幅频特性曲线，根据共振曲线计算音叉的固有频率与品质因数。
3. 分别测量音叉双臂对称负载不同质量块时的共振频率，计算音叉的等效振子质量；并利用音叉振动频率与负载质量块m 之间的关系，测定未知质量块的质量。
四预习思考题1.驱动线圈和探测线圈都有永磁体芯，其作用是什么？当驱动线圈接近音叉振动臂时，音叉靠近永磁铁的部分被磁化。
我们把音叉被磁化的部分理解为一个小磁铁。
在线圈中通以交变电流，产生一个交变磁场，则小磁铁会受到一个交变的力。
2.我们用标准的受迫振动模型描述音叉的受迫振动，主要做了哪些近似？我们将音叉简化成一个弹簧振子，则振动周期这里m和k分别称为等效质量和等效劲度系数。
受迫振动与共振实验报告
受迫振动与共振实验报告一、实验目的1、观察受迫振动的现象，研究受迫振动的特征。
2、研究受迫振动的振幅与驱动力频率之间的关系，从而了解共振现象。
3、学习使用示波器和信号发生器等实验仪器。
二、实验原理1、受迫振动当一个振动系统受到周期性外力作用时，其振动状态称为受迫振动。
受迫振动的振幅和相位不仅取决于系统本身的性质（如质量、弹性系数等），还与驱动力的频率和幅度有关。
2、共振当驱动力的频率接近振动系统的固有频率时，受迫振动的振幅会显著增大，这种现象称为共振。
在共振状态下，系统从驱动力中吸收的能量最大。
三、实验仪器1、气垫导轨2、滑块3、弹簧4、砝码5、光电门6、数字毫秒计7、示波器8、信号发生器四、实验步骤1、安装实验装置将气垫导轨调至水平，把滑块放在导轨上，用弹簧将滑块与固定端连接，并在滑块上放置适量砝码。
2、测量固有频率轻轻推动滑块，使其在气垫导轨上做自由振动，通过光电门和数字毫秒计测量振动周期，从而计算出系统的固有频率。
3、进行受迫振动实验将信号发生器与导轨连接，产生周期性的驱动力。
逐渐改变驱动力的频率，同时用示波器观察滑块振动的振幅。
4、记录数据在不同的驱动力频率下，记录滑块振动的振幅。
五、实验数据及处理｜驱动力频率（Hz）｜振幅（cm）｜｜｜｜｜5 ｜05 ｜｜10 ｜12 ｜｜15 ｜20 ｜｜20 ｜35 ｜｜25 ｜48 ｜｜30 ｜55 ｜｜35 ｜58 ｜｜40 ｜50 ｜｜45 ｜42 ｜｜50 ｜30 ｜以驱动力频率为横坐标，振幅为纵坐标，绘制出振幅与驱动力频率的关系曲线。
从曲线中可以明显看出，在驱动力频率接近系统固有频率时（约为30Hz），振幅达到最大值，即发生了共振现象。
六、误差分析1、气垫导轨未能完全水平，导致滑块运动过程中受到额外的阻力。
2、测量仪器本身存在一定的误差，如数字毫秒计的精度有限。
3、实验环境中的空气阻力对滑块的振动也会产生一定的影响。
七、实验思考与讨论1、共振现象在实际生活中有哪些应用和危害？共振现象在许多领域都有重要的应用，比如在声学中，乐器的共鸣箱利用共振原理来增强声音；在无线电技术中，利用共振可以选择特定频率的信号。
音叉受迫振动与共振实验报告
音叉的受迫振动与共振实验一、预备问题1、 实验中策动力的频率为200Hz 时，音叉臂的振动频率为多少？2、实验中在音叉臂上加砝码时，为什么每次加砝码的位置要固定？二、引言实际的振动系统总会受到各种阻力。
系统的振动因为要克服内在或外在的各种阻尼而消耗自身的能量。
如果系统没有补充能量，振动就会衰减，最终停止振动。
要使振动能持续下去，就必须对系统振子施加持续的周期性外力，以补充因各种阻尼而损失的能量。
振子在周期性外力作用下产生的振动叫做受迫振动。
当外加的驱动力的频率与振子的固有频率相同时，会产生共振现象。
音叉是一个典型的振动系统，其二臂对称、振动相反，而中心杆处于振动的节点位置，净受力为零而不振动，我们将它固定在音叉固定架上是不会引起振动衰减的。
其固有频率可因其质量和音叉臂长短、粗细而不同。
音叉广泛应用于多个行业，如用于产生标准的“纯音”、鉴别耳聋的性质、用于检测液位的传感器、用于检测液体密度的传感器、以及计时等等。
本实验借助于音叉，来研究受迫振动及共振现象。
用带铁芯的电磁线圈产生不同频率的电磁力，作为驱动力，同样用电磁线圈来检测音叉振幅，测量受迫振动系统振动与驱动力频率的关系，研究受迫振动与共振现象及其规律。
具有不直接接触音叉，测量灵敏度高等特点。
三、实验原理1、音叉的电磁激振与拾振将一组电磁线圈置于钢质音叉臂的上下方两侧，并靠近音叉臂。
对驱动线圈施加交变电流，产生交变磁场，使音叉臂磁化，产生交变的驱动力。
接收线圈靠近被磁化的音叉臂放置，可感应出音叉臂的振动信号。
由于感应电流dt dB I / , dt dB /代表交变磁场变化的快慢,其值大小取决于音叉振动的速度,速度越快,磁场变化越快,产生的电流越大,从而使测得的电压值越大。
所以,接收线圈测量电压值获得的曲线为音叉受迫振动的速度共振曲线。
相应的输出电压代表了音叉的速度共振幅值。
1、简谐振动与阻尼振动物体的振动速度不大时，它所受的阻力大小通常与速率成正比，若以F 表示阻力大小，可将阻力写成下列代数式：dtdxF γγμ-=-= （1） 式中γ是与阻力相关的比例系数，其值决定于运动物体的形状、大小和周围介质等的性质。
华科物理实验——音叉的受迫振动与共振
答：数据记录如下：
（1）
据实验数据可得：无阻尼情况下作受迫振动的共振频率为263.817Hz，相应的Umax=1.563V。
不确定度分析：因为是单次测量，所以 ，因为B类不确定度主要是仪器误差，故对频率 ，对电压
答：当阻尼块从音叉内侧向外沿音叉臂轴线方向平移时，阻尼会增大，故交流数字电压表上所测得的电压峰值会减小。而当阻尼块垂直于音叉臂轴线方向平移时，阻尼会减小，故交流数字电压表上所测得的电压峰值会减小。
2、在重复测量时，前后的实验结果可能不完全一致，可能的原因有哪些呢？
答：可能原因：
（1）实验仪器有系统误差，比如说接收装置的灵敏度，发出频率的稳定性等，这些不可避免。
3、绘制周期平方T2与质量m的关系图，分析其特点和意义。
答：数据如下：
注： s
根据实验数据，Excel软件作图如下：
据图的拟合曲线为：
结果分析：据图可知T2与m成正比，且实验测得的数据误差较小。由此可由测量音叉的振动周期来测量未知质量，并可制作测量质量和密度的传感器。
【拓展问题】
1、平移阻尼块的位置，可能会发生什么现象？
锐度计算：
结果分析：就速度共振而言，有无阻尼情况下的位移最大处的频率取值应该是一样的，但本次测量中，在无阻尼情况下，f0=263.817Hz；在有阻尼情况下，f0=263.688Hz。二者并不相等，应该是受了位移共振的影响，使得有阻尼情况下共振频率偏小。
相对误差 ，故误差可忽略。
此外，从锐度的计算来看， ，所以阻尼使得速度在共振频率附近的变化幅度略微减小，这是正常的，因为设想阻尼无穷大的情况下，速度不再变化。
故共振频率 , 0.001V
（2）
实验5 音叉的受迫振动与共振
实验5 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。
华中科技大学物理实验_音叉的受迫振动与共振
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。
2019-音叉实验实验报告-范文word版 (10页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==音叉实验实验报告篇一：实验报告音叉实验报告音叉的受迫振动物理科学与技术学院 13级弘毅班吴雨桥 201X3010201X2【实验目的】(1)研究振动系统在周期外力作用下振幅和强迫圆频率之间的关系。
(2)测绘振动系统的共振曲线。
(3)应用李萨如图形测量音叉振动频率。
【实验器材】电磁激振系统、示波器、低频信号发生器、毫伏表。
【仪器介绍】电磁激振系统由电磁激振线圈、音叉、压电换能片、阻力片和阻尼油杯及升降台组成。
电磁激振线圈在正弦交变电流的作用下产生交变磁场激振音叉，音叉的振动频率是正弦电流频率的两倍。
将音叉的机械振动能转换为电信号并送到示波器的Y轴输入端，同时将正弦交流信号送到示波器X轴输入端，经过适当调整则可在示波器的荧光屏看到“∞”形图像。
【实验原理】振动系统受F=Hcospt外力的持续作用所产生的振动，称为受迫振动。
振动系统的受迫振动经过一段时间后达到稳定的振动状态，它的振动频率就是强迫力的频率，与系统的固有频率无关。
其振幅为 A= 相位差为(h=????φ = arctan2??????02???2=arctan????02????(??2???02)当强迫力的圆频率p趋近于振动系统的固有圆频率ω0时，受迫振动的振幅急剧增大，并有一极大值，这种现象称为共振。
共振时圆频率为ωr 、相位差为φr ，当阻尼系数β极小时，可得ωr≈ω0，φr=。
2??利用李萨如图形测未知频率：把两个不同频率的正弦电压分别从示波器的X轴和Y轴输入，如果这两个电压的频率为整数比，示波器上就会得到稳定的图形，这些图形被称为李萨如图形，其形状不仅与这两个正弦电压的频率比值有关，而且与它们的初始相位和相位差有关。
【实验内容和实验数据】1.仪器连接。
用屏蔽导线将低频信号发生器的输出端与激振线圈的电压输入端、示波器“X轴输入”端连接，用屏蔽导线将压电换能片的信号输出端与示波器的“Y轴输入”端、毫伏表的电压输入端连接。
共振音叉实验报告
一、实验目的1. 了解共振现象的基本原理和特点。
2. 探究音叉振动系统在驱动力作用下的振幅与驱动力频率的关系。
3. 测量并绘制振幅与驱动力频率的关系曲线，确定共振频率和振动系统振动的锐度。
4. 分析阻尼对音叉共振曲线的影响。
二、实验原理共振现象是指当系统受到周期性外力作用时，系统振动的幅度随外力频率的变化而变化，当外力频率与系统固有频率相同时，系统振动的幅度达到最大值，这种现象称为共振。
本实验通过研究音叉振动系统在驱动力作用下的振幅与驱动力频率的关系，探讨共振现象。
三、实验仪器1. 音叉：基频约为260Hz的钢质音叉。
2. 电磁激振线圈：用于产生周期性外力。
3. 阻尼装置：用于改变音叉的阻尼力。
4. 交流数字电压表：用于测量驱动电压。
5. 示波器：用于观察音叉振动波形。
四、实验步骤1. 将音叉固定在电磁激振线圈上，确保音叉与线圈接触良好。
2. 开启电磁激振线圈，调节驱动电压，使音叉开始振动。
3. 使用示波器观察音叉振动波形，记录振动幅度。
4. 改变驱动电压，使音叉振动频率逐渐增加，记录不同频率下的振动幅度。
5. 绘制振幅与驱动力频率的关系曲线，确定共振频率和振动系统振动的锐度。
6. 在音叉上增加阻尼装置，重复步骤3-5，观察阻尼对音叉共振曲线的影响。
五、实验结果与分析1. 振幅与驱动力频率的关系曲线如图1所示。
从图中可以看出，当驱动电压一定时，音叉振动幅度随频率的增加而增大，当频率接近音叉固有频率时，振动幅度达到最大值，此时发生共振现象。
图1 振幅与驱动力频率的关系曲线2. 阻尼对音叉共振曲线的影响如图2所示。
从图中可以看出，随着阻尼力的增加，音叉共振频率逐渐降低，共振峰变宽，共振幅度减小。
图2 阻尼对音叉共振曲线的影响六、实验结论1. 本实验验证了共振现象的存在，当驱动电压频率接近音叉固有频率时，音叉振动幅度达到最大值。
2. 实验结果表明，阻尼力对音叉共振曲线有显著影响，随着阻尼力的增加，共振频率降低，共振峰变宽，共振幅度减小。
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1. 测量自由状态下的音叉幅频特性曲线：
频率
电压
频率
电压
频率
电压
频率
电压
(Hz)
(V)
(Hz)
(V)
(Hz)
(V)
(Hz)
(V)
267.58 0.070 270.49 1.619 270.576 1.834 270.761 1.217
268.58 0.117 270.5 1.655 270.591 1.823 270.871 0.900
m(g)
8
13
18
23
28
本图像的方程为：������2
=
4������2 ������
������0
+
4������2 ������
������������
由图可知：
4������2 ������
=
0.0318
×
10−5������2
∙
g−1
，
4������2 ������
������0
=
1.346110−5������2
令������02
=
������ ������
, ������
=
2������ ������
解方程可得������ = ������0������−������������ cos (√������02 − ������2������ + ������0) + ������������������������(������������ + ������)
270.366 1.342 270.516 1.841 270.703 1.282 274.733 0.098
U(V)
阻尼1下的幅频特性曲线
2
1.8
270.521, 1.841
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0 267.2
268.2
269.2
270.2
271.2
272.2
273.2
F(HZ)
四、 实验过程
仪器调试：将驱动线圈与接收线圈置于音叉末端，并保持正对状态，调节两线圈至音叉的距
离。连接线路，打开音叉受迫振动与共振实验仪。调节实验仪频率至 260Hz 左右，观察电压
变化。上下调节频率，观察电压变化，找到某一频率使得电压最大，并以此调节电压幅度值
（约 1.8V）和微调线圈对正情况。之后保持线圈位置、幅度旋钮不变。
Q
=
������2
������0 −
������1
=
270.572������������ 270.750������������ − 270.415������������
=
807.678
2. 测量不同附加质量下的音叉共振频率：
质量(g)
5
10
15
20
25
频率(Hz)
257.325 245.376 234.514 224.736 215.894
2������ ������
当 δ = 0 时，������ = ������0 cos(������0������ + ������0)
2. 音叉在驱动力与阻尼下的振动：
������������ ������2������ ������0������������������������������ − ������������ − ������ ������������ = ������ ������������2
1.714 270.586 1.751 270.606 1.775 270.636 1.802 270.666
1.708 271.086 1.640 271.176 1.523 271.416 1.405 271.616
0.556 0.488 0.367 0.306
270.009 270.109 270.209 270.309 270.339 270.369 270.389
������2(1 × 10−5������2)
1.510 1.661 1.818 1.980 2.145
������^2 (10^(−5) ������^2)
周期平方-质量曲线
2.3
2.2
2.1
2
y = 0.0318x + 1.3461
R²= 0.9997
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4 3
0.073 270.409 0.119 270.429
1.554 270.556 1.638 270.566
1.793 270.906 1.766 271.016
0.768 0.624
269.409 269.609 269.809 269.909
0.248 270.449 0.307 270.459 0.396 270.469 0.462 270.479
269.925 0.467 270.456 1.729 270.563 1.785 271.033 0.606
270.025 0.559 270.466 1.755 270.583 1.732 271.133 0.517
270.125 0.686 270.476 1.785 270.603 1.666 271.233 0.451
268.525 0.126 270.406 1.526 270.533 1.836 270.783 1.029
269.525 0.275 270.426 1.61 270.543 1.823 270.823 0.932
269.725 0.348 270.446 1.689 270.553 1.809 270.923 0.744
实验报告 音叉的受迫振动与共振实验
一、 实验目的
1. 研究音叉自由状态下振动的幅频情况； 2. 进行音叉双臂振动与对称双臂质量关系的测量； 3. 在音叉增加阻尼的情况下，测量音叉共振频率及锐度，并对比不同阻尼下的幅频曲
线。
二、 实验仪器
音叉受迫振动与共振实验仪、不同质量的小物块（5g、10g、15g）、阻尼磁铁 三、 实验原理
272.5
274.5
f(Hz) 276.5
由图可知，在自由状态下，音叉的共振频率为 270.572Hz，最大振幅为 1.835V。
因此，半功率点对应的幅度值约为 1.297V。通过图像可找出对应的������1、������2。
������1 ≈ 270.415������������ , ������2 ≈ 270.750������������
269.08 0.164 270.51 1.700 270.601 1.806 270.971 0.713
269.38 0.210 270.52 1.740 270.611 1.788 271.171 0.498
269.78 0.326 270.53 1.767 270.621 1.759 271.371 0.384
3. 测量不同阻尼下的幅频曲线：
在音叉下方加一磁性棒，通过磁性棒对音叉的电磁力作用产生阻尼力。调节磁性棒
距音叉距离来改变阻尼大小，粗测不同阻尼下的共振频率，调节频率在共振频率上
下波动 2Hz（依据电压情况），改变频率，测量并记录不同频率对应的电压值。
注：在共振频率附近测量数据点相对密集些。
五、 实验数据及处理
2
1.8
270.509, 1.84
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
267
269
271
273
275
277 f(Hz)
由图可知，在阻尼 2 状态下，音叉的共振频率为 270.509Hz，最大振幅为 1.840V。
因此，半功率点对应的幅度值约为 1.300V。通过图像可找出对应的������1、������2。
一段时间稳定后，振动式转化为������ = ������������������������(������������ + ������)
������为驱动力的角频率，A、φ 依赖于振子的性质、阻尼的大小和驱动力的相关参数
A
=
������√������2
������0 + (������������ − ������������)2
T=
������
= √������02 − 2������2
������02
=
������ ������
，故������2
=
4������2 ������
������0
+
4������2 ������
������������
4. 锐度
Q
=
������2
������0 −
������1
������1、������2为半功率点对应的频率，半功率点对应的幅度为0.707A.
270.225 0.88 270.486 1.805 270.623 1.593 271.433 0.36
270.325 1.183 270.496 1.824 270.643 1.516 271.733 0.278
270.345 1.26 270.506 1.834 270.673 1.396 272.733 0.164
0.551 270.489 0.677 270.499 0.859 270.509 1.148 270.52 1.230 270.525 1.391 270.535 1.477 270.546
1.823 270.686 1.833 270.706 1.840 270.726 1.840 270.766 1.835 270.806 1.827 270.846 1.810 270.876