实验1 用摆球探究受迫振动和共振现象

实验1 用摆球探究受迫振动和共振现象

实验目的

探究受迫振动的振动频率由什么因素决定，以及发生共振的条件是什么。

实验器材

一组带小孔的金属小球（质量不同）、细绳、钢丝、电子秒表。

实验设计与步骤

1.改变甲球的振幅，测量乙球的周期。

2.改变乙球的绳长，测量乙球的周期。

3.不改变绳长，改变乙球的质量（如更换不同质量的小球或

在球上增加一块橡皮泥），测量乙球的周期。

4.改变甲球的绳长，测量乙球的周期。

5.用5个摆球演示共振现象，三个摆球的长摆相同，另外两

个摆长不同。

实验结果与分析

1.从小到大改变驱动球甲球的振幅，测量乙球的周期。

表7.4-1

实验分析：甲球的振幅改变，不影响乙球的振动周期（频率）。

2.改变乙球的绳长，测量乙球的周期变化。

表7.4—2

实验分析：乙球的振动周期（频率）不随着自身摆长（固有周期）的改变而改变。

3.不改变绳长，改变乙球的质量，测量乙球的周期变化。

表7.4-3

实验分析：乙球的振动周期（频率）不随着自身的质量的改变而改变。

4.改变甲球的绳长，测量乙球的周期变化。

表7.4-4

实验分析：甲球绳长的改变，即驱动周期（频率）的改变影响了乙球的振动周期（频率）的变化。

5.演示共振现象。

实验装置如图所示。球A、B、C的摆长一样，球E的摆长较短，球D的摆长最长。让球A振动起来，观察其他小球振动稳定后的现象。

实验现象：与球A同摆长的球B、C的振幅最大，摆长与球A越接近的球E的振幅次之，球D的振幅最小。

实验分析：对于摆长与球A同摆长的球B、C，即固有周期（频率）与驱动力周期（频率）相等的摆球的振动，振幅最大；固有周期（频率）与驱动力周期（频率）相差最大的摆球（如球D）的振幅最小。

结论与解释

为了使阻尼振动能够持续的周期性振动，可以施加外界驱动力；受迫振动的物体振动稳定后的频率等于驱动力的频率，与物体的固有频率无关；当驱动力的频率接近或等于物体的

固有频率时，物体振动的振幅最大。

问题与思考

1.洗衣机脱水后关掉电源，脱水桶的转速越来越慢，到一定

的转速时，洗衣机会剧烈的振动一小段时间。为什么? 2.有人在家里靠近电冰箱的地方摆放了一个橱柜，柜内装了

一些瓶子和罐子。当电冰箱的压缩机启动时，这些瓶子和罐子就会发出声音。这些声音的来源是什么？怎么样才能消除？

3.在用两个小球做受迫振动和共振的研究时，能否用单摆的

周期公式来估测摆球的固有周期？为什么？