上海市2014高考物理一轮复习实验三十受迫振动导学案

实验三十 受迫振动
实验目的
观察受迫振动的位移图像，了解在简谐策动力的作用下，系统振动的规律。

实验原理
物质系统在策动力作用下所作的振动，叫做受迫振动。

如果策动力是简谐力，系统将做简谐振动。

在稳定状态下，振幅不变，振动频率即为策动力频率，跟它的固有频率无关。

当策动力的频率跟振动系统的固有频率接近或相等时，出现振幅急剧增大的共振现象。

当策动力消失，系统受阻力影响，呈现为振幅越来越小的阻尼振动。

实验器材
朗威DISLab 、计算机、DISLab 力学轨道及附件、DISLab 受迫振动策动源（图30-1）、学生电源、弹簧、细线等。

实验装置图
见图30-2。

图30-2 实验装置图
图30-1 DISLab 受迫振动策动源
实验过程与数据分析
1．将位移传感器发射器固定在小车上，小车一端用弹簧固定在滑轨上，另一端用弹簧和细线与策动源电机上的曲轴连接在一起（图30-3）；
2．将位移传感器接收器固定在滑轨的另一端，并接入数据采集器的第一通道（图30-4）；
3．连接供电电源与策动源电机，打开位移传感器发射器电源开关；
4．调节显示方式为“示波”，打开学生电源开关，调节输出电压，控制小电机的转速由慢到快（低、中、高三档），可得到显示小车振动变化的“位移-时间”图线（图30-5）；
图30-5 受迫振动s-t 图线 图30-4 策动源与轨道、及小车的组装
图30-3 策动源与轨道及小车的组装
5．实验表明：当小电机的转动频率为某一值时，系统的振动幅度最大（共振）（图30-6），大于或小于这个频率，振幅都会减小；
图30-6 出现共振
6．利用“图线控制”功能对X轴放大，用波形个数除以时间方法计算出策动力的频率，计算结果为：低速时为0.588Hz、中速时为0.727 Hz、高速时为1.032 Hz（图30-7）；
图30-7 计算策动力频率
7．在系统共振时，关闭小电机电源，系统转而做阻尼振动，振幅越来越小，直到停止振动（图30-8）。

图30-8 策动力消失，呈现阻尼振动
建议
简化实验装置，构造手动阻尼振动实验系统，观察形成的阻尼振动周期。