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中山大学《根底物理试验〔III〕》课程试验数据记录纸
试验2.8波尔振动试验〔二〕
试验人姓名：合作人：
学院：物理工程与科学技术学院专业：光信息科学与技术年级：级学号：
日期：年月日室温：24℃相对湿度：67%
试验数据储存
【试验目的】
1.观看和争论自由振动、阻尼振动、受迫振动的特性
2.观看和争论振动过程的拍频、相图、机械能转换和守恒现象
【仪器用具】
仪器名称数量型号技术指标
扭摆〔波尔摆〕1ZKY-BG固有振动频率约
0.5Hz
秒表1DM3-008石英秒表，精度
0.01s
三路直流稳压稳流电1IT6322三路隔离，
源0-30V/1mV,0.3A/1mA
台式数字万用表1DM30515-3/4位，1μ
V-1000V，10nA-10A，
准确度为读数的
0.025％
数据采集器及转动传1SW850及CI6531最高采样率1000Hz，
感器区分率0.25°，准确
度±0.009°
试验测控用计算机1IdeaCenterB320i一体台式计算机
【原理概述】
1.振动的频谱
任何周期性的运动均可分解为简谐振动的线性叠加。采集一组如图1所示的扭摆摇摆角度随时间变化的
数据之后，对其进展傅立叶变换，就可以得到一组相对振幅随频率的变化数据。以频率为横坐标，相
对振幅为纵坐标可作出一条如图2所示的曲线，即为波尔振动的频谱。在自由振动状态下，峰值对应
的频率就是波尔振动仪的固有振动频率。
1/中山大学理工学院根底物理试验室编制
中山大学《根底物理试验〔III〕》课程试验数据记录纸
图1角度随时间变化关系
图2振动的频谱
2.拍频
3.相图和机械能
扭摆的摇摆过程存在势能和动能的转换，其势能和动能为
其中I为扭摆的转动惯量。势能与摇摆角度的平方成正比，动能与角速度的平方成正比。
假设以角度为横坐标，角速度为纵坐标画出两者的关系曲线，称为相图。通过相图可直观地
看出扭摆振动过程中势能与动能的变化。图3所示为阻尼振动的相图，机械能不断损耗，
相图渐渐缩小至中心点。图4所示为抱负的自由振动的相图，势能和动能相互转换，但总
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