文档介绍：波尔共振试验振动是物理学中一个关键运动,是自然界最普遍运动形式之一。振动可分为自由振动(无阻尼振动)、阻尼振动和受迫振动。振动中物理量随时间做周期性改变,在工程技术中,最多是阻尼振动和受迫振动,和由受迫振动所造成共振现象。共振现象首先表现出较强破坏性,其次却有很多实用价值能为我们所用。如利用共振原理设计制作电声器件,利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。表征受迫振动性质是受迫振动振幅-频率特征和相位-频率特征(简称幅频和相频特征)。本试验中采取波尔共振仪定量测定机械受迫振动幅频特征和相频特征,并利用频闪方法来测定动态物理量——相位差。【试验目标】。,观察共振现象。。【试验原理】受迫振动:物体在周期外力连续作用下发生振动称为受迫振动,这种周期性外力称为强迫力。受迫振动特点:假如外力是按简谐振动规律改变,那么稳定状态时受迫振动也是简谐振动,此时振幅保持恒定,振幅大小和强迫力频率和原振动系统无阻尼时固有振动频率和阻尼系数相关。在受迫振动状态下,系统除了受到强迫力作用外,同时还受到回复力和阻尼力作用。所以在稳定状态时物体位移、速度改变和强迫力改变不是同相位,存在一个相位差。当强迫力频率和系统固有频率相同时产生共振,此时振幅最大,相位差为。试验采取摆轮在弹性力矩作用下自由摆动,在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特征,可直观地显示机械振动中部分物理现象。当摆轮受到周期性强迫外力矩作用,并在有空气阻尼和电磁阻尼媒质中运动时(阻尼力矩为)其运动方程为(1)式中,为摆轮转动惯量,为弹性力矩,为强迫力矩幅值,为强迫力圆频率。令,,,则式(1)变为(2)当初,式(2)即为阻尼振动方程。当,即在无阻尼情况时式(2)变为简谐振动方程,系统固有频率为。方程(2)通解为(3)由式(3)可见,受迫振动可分成两部分:第一部分,和初始条件相关,经过一定时间后衰减消失。第二部分,说明强迫力矩对摆轮作功,向振动体传送能量,最终达成一个稳定振动状态。振幅为(4)它和强迫力矩之间相位差为(5)由式(4)和式(5)可看出,振幅和相位差数值取决于强迫力矩、频率、系统固有频率和阻尼系数四个原因,而和振动初始状态无关。由极值条件可得出,当强迫力圆频率时,产生共振,有极大值。若共振时圆频率和振幅分别用、表示,则(6)(7)式(6)、(7)表明,阻尼系数越小,共振时圆频率越靠近于系统固有频率,振幅也越大。振幅和相位差随频率比改变曲线称幅频特征曲线和相频特征曲线,图1和图2所表示。图1幅频特征曲线图2相频特征曲线【试验仪器】ZKY-BG型波尔共振仪由振动仪和电器控制箱两部分组成。振动仪部分图3所表示,铜质圆形摆轮A安装在机架上,弹簧B一端和摆轮A轴相联,另一端可固定在机架支柱上,在弹簧弹性力作用下,摆轮可绕轴自由往复摆动。在摆轮外围有一卷槽型缺口,其中一个长形凹槽C比其它凹槽长出很多。机架上对准长型缺口处有一个光电门H,它和电器控制箱相联接,用来测量摆轮振幅角度值和摆轮振动周期。在机架下方有一对带有铁芯线圈K,摆轮A恰巧嵌在铁芯空隙,当线圈中经过直流电流后,摆轮受到一个电磁阻尼力作用。改变电流大小即可使阻尼大小对应改变。为使摆轮A作受迫振动,在电动机轴上装有偏心轮,经过连杆机