简谐振动的研究

简谐振动的研究

(用气垫导轨法)

实验目的

1．验证弹簧振子的运动规律。

2．验证谐振动的周期决定于振动系统本身的性质，与初始条件无关。

3．测量弹簧的等效质量。

实验仪器

气垫导轨，滑块儿与附加物，弹簧，光电计时装置等。

实验原理

1．弹簧振子的振动规律

如图12a－1所示。在水平气垫导轨上的滑

块儿两端联接倔强系数分别为K1、K2的两弹簧

振子。选水平向右的方向为x正方向，把滑块

儿由平衡位置O向右移动一段距离x。如果忽略阻力，物体只受弹性恢复力－(K1+K2)x的作用，方向指向平衡位置，由牛顿第二定律可知，其运动方程为

（12a－1）

式中k＝K1＋K2，如令，则有

此微分方程的解为

（12a－2）

上式表明滑块儿的位置按正弦函数随时间而改变。所以，滑块的运动是简谐振动。

式中A是振幅，是初相位。是弹簧振子固有的圆频率，M是弹簧振子的有效质量，它等于滑块儿质量m与二弹簧有效质量m 0之和，即M＝m＋m0。由系统本身决定，A和由初始条件决定。（12a－2）式对时间求微商，有

（12a－3）

上式表明滑块儿的速度按余弦函数随时间变化。由（12a－2）和（12a－3）式可以消去t，有

（12a－4）

上式是滑块儿速度与位移随时间变化时应满足的关系。当x＝0时，由公式（12a －4）可得

v =ω

A

这时v的数值最大，即

v max =ω

A（12a－5）

2．弹簧振子的振动周期

弹簧振子的周而复始完全振动一次所需要的时间，称为简谐振动的周期T。

上面公式可改写为

（12a－6）

当k一定时，～m成线性关系，并且由其斜率和截距可以求出二弹簧的倔强系数k和有效质量m0。

实验内容

1．调整气垫导轨使其成为水平状态，并使光电门与光电计时装置正常工作，按图12a－1装好弹簧振子。

2．考究位移随时间的变化

第一个光电门置于滑块儿的平衡位置，第二个光电门置于平衡位置右侧x处，把滑块儿从平衡位置向左拉开20厘米（即使A＝20cm）然后松开，测量滑块儿通过两光电门所需要的时间间隔t及两光电门之间的距离x。移动第二个光电门改变距离x值（如每次向右增加2cm）,保持A＝20厘米不变。测定时间间隔t。绘出四分之一周期的x～t图线，验证（12a－2）式。

3．考察速度与位移的关系

保持A＝20厘米不变，将光电门置于平衡位置。测x = 0处的最大速度。再移动光电门改变距离x（每次约2厘米），测出相应的瞬时速度v。作v2～x2图线，验证（12a－4）。

4．验证周期与初始条件无关

（1）测振动周期。光电门置于平衡位置，把滑块儿拉开20厘米后松开，测量滑块儿往返通过光电门的时间T/2（半周期）。测量多次取平均值。

（2）改变振幅测量周期。说明周期与振幅的关系。

5．考察T～m关系

改变滑块儿的质量（增加附重物）m,测量相应的周期T，共测量6组（m、T）。用作图法验证（12a－6）式。

数据处理

利用作图法，绘制～m图线，并计算倔强系数k和等效质量m。

思考题

1．气垫导轨没有调节水平，对测量周期、速度、和时间有没有影响？为什么？

2．如何调整气垫导轨及光电计时系统？

弦振动实验报告

实验13 弦振动的研究 任何一个物体在某个特定值附近作往复变化，都称为振动。振动是产生波动的根源，波动是振动的传播。均匀弦振动的传播，实际上是两个振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播的叠加，在一定条件下可形成驻波。本实验验证了弦线上横波的传播规律：横波的波长与弦线中的张力的平方根成正比，而与其线密度（单位长度的质量）的平方根成反比。 一. 实验目的 1. 观察弦振动所形成的驻波。 2. 研究弦振动的驻波波长与张力的关系。 3. 掌握用驻波法测定音叉频率的方法。 二. 实验仪器 电动音叉、滑轮、弦线、砝码、钢卷尺等。 三. 实验原理 1. 两列波的振幅、振动方向和频率都相同，且有恒 定的位相差，当它们在媒质内沿一条直线相向传播时，

将产生一种特殊的干涉现象——形成驻波。如图3-13-1所示。在音叉一臂的末端系一根水平弦线，弦线的另一端通过滑轮系一砝码拉紧弦线。当接通电源，调节螺钉使音叉起振时，音叉带动弦线A端振动，由A端振动引起的波沿弦线向右传播，称为入射波。同时波在C点被反射并沿弦线向左传播，称为反射波。这样，一列持续的入射波与其反射波在同一弦线上沿相反方向传播，将会相互干涉。当C点移动到适当位置时，弦线上就形成驻波。此时，弦线上有些点始终不动，称为驻波的波节；而有些点振动最强，称为驻波的波腹。 2. 图3-13-2所示为驻波形成的波形示意图。在图中画出了两列波在T=0，T/4，T/2时刻的波形，细实线表示向右传播的波，虚线表示向左传播的波，粗实线表示合成波。如取入射波和反射波的振动相位始终相同的点作为坐标原点，且在X=0处，振动点向上到达最大位移时开始计时，则它们的波动方程分别为： （3-13-1） （3-13-2）式中为波的振幅，为频率，λ为波长，为弦线上质点的坐标位置。 两波叠加后的合成波为驻波，其方程为： （3-13-3）由上式可知，入射波与反射波合成后，弦线上各点都在以同一频率作 简谐振动，它们的振幅为，即驻波的振幅与时间无关，而与质

实验六十四简谐振动规律的研究

实验六十四 简谐振动规律的研究 一 实 验 目 的 1． 观察简谐振动的规律及特征，学习建立实验公式的方法。 2． 通过实验测定弹簧劲度系数k 和研究简谐振动中弹簧有效质量。 二 实 验 要 求 1． 测定简谐振动的周期T 与k 、m 的数值关系，m 为振子的质量。 2． 通过数据处理方法，对曲线进行“改直”处理和图解表示，归纳出简谐振动周期 公式中待定常数c 、α、?的近似值，误差范围不超过βm ck T a =%5±。 3． 测定弹簧系统的劲度系数k 和检验弹簧振子系统的有效的质量m’3 '10m m m m m +=+=式中，m 为振子的质量；为弹簧的有效质量；为弹簧的质量。 O m 1m 三 实 验 仪 器 气垫导轨系统，弹簧组，物理天平，砝码，约利弹簧秤，光电计时系统，米尺，游标卡尺。 四 实 验 提 示 1． 垫上弹簧振子（滑块）的运动是一种简谐振动，其振动周期'T 和弹簧的劲度系数k 及振子系统的有效质量'（略去弹簧的质量时就是滑块的质量）的大小有关，与振幅A 的大小无关节。 m 1m 若略去弹簧质量，假设振子运动规律为式中，m 为振子的质量；c 、α、β为待定常数，可以通过实验来确定。 βαm ck T =数据处理可以利用作图法，将指数函数，曲线关系变为直线关系，用毫米坐标纸作图中确定c 、α和β，从而归纳出实验公式。 若考虑弹簧具有质量1（其有效质量应为），即振子的运动规律为m’为弹簧振子系统的有效质量。 m O m βα''m ck T =2．静止悬挂的弹簧的自由端加砝码时，其伸长量为Δx，根据虎克定律，弹簧在弹性限度内的伸长量 Δx 与所施加的外力成正比，即f x k f Δ= 得到x mg k Δ= 忽略弹簧质量，弹簧振子系统的质量m’就是滑块质量m ；如不能忽略弹簧质量，则弹簧的有效质量可以由理论计算得到 1m 1m O m 131m m O = 3.若有劲度系数分别为 的两个弹簧，则两根弹簧的合成劲度系数为 21k k 和 并联时 21'k k k += 串联时 2 121"k k k k k += 五 问 题 讨 论 1． 分析简谐振动的能量转换关系和系统误差。 2． 分析简谐振动的衰减形式及其衰减指数。它们对测定周期T’有何影响？ 3． 总结从实验数据归纳实验公式的要点。

气轨上的弹簧简谐振动实验报告

气轨上弹簧振子的简谐振动 目的要求： （1）用实验方法考察弹簧振子的振动周期与系统参量的关系并测定弹簧的劲度系数和有效质量。 （2）观测简谐振动的运动学特征。 （3）测量简谐振动的机械能。 仪器用具： 气轨（自带米尺，2m,1mm），弹簧两个，滑块，骑码，挡光刀片，光电计时器，电子天平（0.01g），游标卡尺（0.05mm），螺丝刀。 实验原理： （一）弹簧振子的简谐运动过程: 质量为 m1的质点由两个弹簧与连接，弹簧的劲度系数分别 为k1和 k2，如下图所示： 当 m1偏离平衡位置 x时，所受到的弹簧力合力为 令 k=，并用牛顿第二定律写出方程 解得 X=Asin() 即其作简谐运动，其中 在上式中，是振动系统的固有角频率，是由系统本身决定的。m=m 1+m0是振动系统的有效质量， m 0是弹簧的有效质量，A是振幅，是初相位，A和由起始条件决定。系统的振动周期为

通过改变测量相应的 T，考察 T 和的关系，最小二乘法线性拟合求出 k 和 （二）简谐振动的运动学特征: 将（）对 t 求微分 ） 可见振子的运动速度 v 的变化关系也是一个简谐运动，角频率为，振幅为，而且 v 的相位比 x 超前 . 消去 t，得 v2=v02(v2?v2) x=A时，v=0，x=0 时，v 的数值最大，即 实验中测量 x和 v 随时间的变化规律及 x和 v 之间的相位关系。 从上述关系可得 （三）简谐振动的机械能: 振动动能为 系统的弹性势能为 则系统的机械能 式中：k 和 A均不随时间变化。上式说明机械能守恒，本实验通过测定不同 位置 x上 m 1的运动速度 v，从而求得和，观测它们之间的相互转换并验证机械能守恒定律。 （四）实验装置： 1.气轨设备及速度测量 实验室所用气轨由一根约 2m 长的三角形铝材做成，气轨的一端堵死，另 一端送入压缩空气，气轨的两个方向上侧面各钻有两排小孔，空气从小孔喷出。把用合金铝做成的滑块放在气轨的两个喷气侧面上，滑块的表面经过精加工与

弦振动实验报告

弦 振动的研究 一、实验目的 1、观察固定均匀弦振动共振干涉形成驻波时的波形，加深驻波的认识。 2、了解固定弦振动固有频率与弦线的线密ρ、弦长L 和弦的张力Τ的关系，并进行测量。 三、波。示。轴负方向传播的波为反射波，取它们振动位相始终相同的点作坐标原点 “O ”，且在X ＝0处，振动质点向上达最大位移时开始计时，则它们的波动方程分别为： Y 1＝Acos2(ft －x/ ) Y 2＝Acos[2 (ft ＋x/λ)+ ]式中A 为简谐波的振幅，f 为频率，为波长，X 为弦线上质点的坐标位置。两波叠加后的合成波为驻波，其方程为： Y 1 ＋Y 2＝2Acos[2（x/ ）+/2]Acos2ft ① 由此可见，入射波与反射波合成后，弦上各点都在以同一频率作简谐振动，它们的振幅为｜2A cos[2（x/ ）+/2] |，与时间无关t ，只与质点的位置x 有关。 由于波节处振幅为零，即：｜cos[2（x/ ）+/2] |＝0

2（x/ ）+/2＝(2k+1) / 2 ( k=0. 2. 3. … ) 可得波节的位置为： x＝k /2 ②而相邻两波节之间的距离为： x k＋1－x k ＝(k＋1)/2－k / 2＝ / 2 ③ 又因为波腹处的质点振幅为最大，即｜cos[2（x/ ）+/2] | =1 2（x/ ）+/2 ＝k ( k=0. 1. 2. 3. ) 可得波腹的位置为： x＝(2k-1)/4 ④ 这样相邻的波腹间的距离也是半个波长。因此，在驻波实验中，只要测得相邻两波节或相邻两波腹间的距离，就能确定该波的波长。 在本实验中，由于固定弦的两端是由劈尖支撑的，故两端点称为波节，所以，只有当弦线的两个固定端之间的距离（弦长）等于半波长的整数倍时，才能形成驻波，这就是均匀弦振动产生驻波的条件，其数学表达式为： L＝n / 2 ( n=1. 2. 3. … ) 由此可得沿弦线传播的横波波长为： ＝2L / n ⑤ 式中n为弦线上驻波的段数，即半波数。 根据波速、频率及波长的普遍关系式：V＝f，将⑤式代入可得弦线上横波的传播速度： V＝2Lf/n ⑥ 另一方面，根据波动理论，弦线上横波的传播速度为： V＝(T/ρ)1/2 ⑦ 式中T为弦线中的张力，ρ为弦线单位长度的质量，即线密度。 再由⑥⑦式可得 f =（T/ρ）1/2（n/2L） 得 T＝ρ / (n/2Lf )2 即ρ＝T (n/2Lf )2 ( n=1. 2. 3. … ) ⑧ 由⑧式可知，当给定T、ρ、L，频率f只有满足以上公式关系，且积储相应能量时才能在弦线上有驻波形成。 四、实验内容 1、测定弦线的线密度：用米尺测量弦线长度，用电子天平测量弦线质量，记录数据 2、测定11个砝码的质量，记录数据

简谐振动特性研究实验

实验一、简谐振动特性研究与弹簧劲度系数测量【实验目的】 1. 胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量； 2. 测量弹簧的简谐振动周期，求得弹簧的劲度系数； 3. 测量两个不同弹簧的劲度系数，加深对弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系的了解。 4. 了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本工作原理和应用方法。 【实验原理】 1. 弹簧在外力作用下将产生形变（伸长或缩短）。在弹性限度内由胡克定律知：外力和它的变形量成正比，即： （1） （1）式中，为弹簧的劲度系数，它取决于弹簧的形状、材料的性质。通过测量和的对应关系，就可由（1）式推算出弹簧的劲度系数。 2. 将质量为的物体挂在垂直悬挂于固定支架上的弹簧的下端，构成一个弹簧振子，若物体在外力作用下（如用手下拉，或向上托）离开平衡位置少许，然后释放，则物体就在平衡点附近做简谐振动，其周期为： （2） 式中是待定系数，它的值近似为，可由实验测得，是弹簧本身的质量，而被称为弹簧的有效质量。通过测量弹簧振子的振动周期，就可由（2）式计算出弹簧的劲度系数。 3. 磁开关（磁场控制开关）： 如图1所示，集成霍耳传感器是一种磁敏开关。在“1脚”和“2 脚”间加直流电压，“1脚”接电源正极、“2脚”接电源负极。当垂直于该传感器的磁感应强度大于某值时,该传感器处于“导通”状 态，这时处于“”脚和“”脚之间输出电压极小，近似为零，当磁感

强度小于某值时，输出电压等于“1脚”、“2脚”端所加的电源电压，利用集成霍耳开关这个特性，可以将传感器输出信号输入周期测定仪，测量物体转动的周期或物体移动所经时间。 【实验仪器】 FB737新型焦利氏秤实验仪1台，FB213A型数显计时计数毫秒仪 【实验步骤】 1. 用拉伸法测定弹簧劲度系数：（不使用毫秒仪） （1）按图2,调节底板的三个水平调节螺丝，使重锤尖端对准重锤基准的尖端。 （2）在主尺顶部安装弹簧，再依次挂入带配重的指针吊钩、砝码托盘，松开顶端挂钩锁紧螺钉，旋转顶端弹簧挂钩，使小指针正好轻轻靠在平面镜上（注意：力度要适当，若靠得太紧，可能会因摩擦太大带来附加的系统误差），以便准确读数。这时因初始砝码等已使弹簧被拉伸了一段距离。（可参考说明书中的装置图）

波尔共振实验报告

波尔共振 振动是一种常见的物理现象,而共振是特殊的振动，为了趋利避害在工程技术和科学研究领域中对其给予了足够的重视。 目前,电力传输采用的是高压输电法。而据报载，2007年6月美国麻省理工学院的物理学家索尔加斯克领导的一个小组，成功地利用无线输电技术，点亮了距离电源2米远的灯泡！无线输电法原理的核心就是共振。人们期待着能在更远的距离实现无线输电，那时生产和生活将会发生一场重大变革。 【目的与要求】 1. 观察测量自由振动中振幅与周期的关系。 2. 研究阻尼振动并测量阻尼系数。 3. 观察共振现象及其特征；研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响及其辐频特性和相频特 性。 4. 学习用频闪法测定动态物理量----相位差。 【实验原理】 物体在周期性外力（即强迫力）的作用下发生的振动称为受迫振动。若外力是按简谐振动规律变化，则稳定状态时的振动也是简谐振动，此时，振幅保持恒定，振幅的大小与强迫力的频率和原振动系统的固有频率以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到强迫力的作用外，同时还受到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的，存在一个相位差。在无阻尼情况下，当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共振，此时振幅最大，相位差为90°。 当摆轮受到周期性强迫外力矩t M M ωcos 0=的作用，并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时（阻尼力矩为dt d b θ-），其运动方程为 t M dt d b k dt d J ωθ θθcos 02 2+--= （33-1） 式中，J 为摆轮的转动惯量，-k θ为弹性力矩，M 0为强迫力矩的幅值，ω为强迫力的圆频率。 令 ,2 0J k =ω ,2J b =β J M m 0= 则式（33-1）变为 t m dt d dt d ωθωθβθcos 22022=++ （33-2） 当0cos =t m ω时，式（2）即为阻尼振动方程。 当0=β，即在无阻尼情况时式（33-2）变为简谐振动方程，系统的固有圆频率为ω0。方程（33-2）的通解为 )cos()cos(021?ωθαωθθβ+++=-t t e f t （33-3） 由式（33-3）可见，受迫振动可分成两部分： 第一部分，)cos(1αωθβ+-t e f t 和初始条件有关，经过一定时间后衰减消失。

气垫弹簧振子的简谐振动实验报告

××大学实验报告 学院：×× 系：物理系专业：×× 年级：××级 姓名：×× 学号：×× 实验时间：×× 指导教师签名：_______________ 实验四：气垫弹簧振子的简谐振动 一．实验目的与要求： 1. 考察弹簧振子的振动周期与振动系统参量的关系。 2. 学习用图解法求出等效弹簧的倔强系数和有效质量。 3. 学会气垫调整与试验方法。 二．实验原理： 1.弹簧的倔强系数 弹簧的伸长量x 与它所受的拉力成正比 F=kx k=X F 2.弹簧振子的简谐运动方程 根据牛顿第二定律，滑块m 1 的运动方程为 -k 1(x+x 01)-k 2(x-x 02)=m 2 2dt x d ,即-(k 1+k 2)x=m 2 2dt x d 式中，m=m 1+m 0（系统有效质量），m 0是弹簧有效质量，m 1是滑块质量。令 k=k 1+k 2,则 -kx= m 2 2dt x d 解为x=A sin （ω0t+ψ0 ），ω0= m k = m k k 2 1+ 而系统振动周期 T 0=0 2ωπ=2π k m

当 m 0《 m 1时，m 0=3 s m ，m s 是弹簧的实际质量（m 0与m s 的关系可简单写成 m 0=3 m s ）。 本实验通过改变m 1测出相应的T ，以资考察T 和m 的关系，从而求出m 0和 k 。 三．主要仪器设备： 气垫导轨、滑块（包括挡光刀片）、光电门、测时器、弹簧。 四．实验内容及实验数据记录： 1.气垫导轨水平的调节 使用开孔挡光片，智能测时器选在2pr 功能档。让光电门A 、B 相距约60cm (取导轨中央位置),给滑块以一定的初速度(Δ t 1和Δt 2控制在20-30ms 内),让 它在导轨上依次通过两个光电门.若在同一方向上运动的Δ t 1和Δt 2的相对 误差小于3%,则认为导轨已调到水平.否则重新调整水平调节旋钮。 2.研究弹簧振子的振动周期与振幅的关系 先将测时器设置于6pd （测周期）功能档。按动选择钮，屏幕显示6pd 时，按动执行键，显示为0。每按一次选择键，显示加1；当达到预定值（如预置数为n =6，则表示测3个周期的时间）后，将滑块拉离平衡点6.00厘米（即选定某一振幅），再按执行键，放手让其运动，进入测周期操作。当屏幕上显示预置数减为0后，显示屏上出现总时间t ；由此可得周期T = n t 2。 再重新测量几次并取平均值。并测量滑块和弹簧的质量，利用T 0= 2ωπ =2π k m 计算弹簧的倔强系数。取不同的振幅测量，探讨周期与振幅是否有关。 3.观测简谐振动周期T 与m 的关系，并求出k 与弹簧的有效质量m 0。

简谐振动的研究

实验十四X射线的初步认识 X射线是德国科学家伦琴（W.C.R?ntgen）于1895年在研究阴极射线管时发现的，是 人类揭开研究微观世界序幕的“三大发现”之一，给医学和物质结构的研究带来了新的希 望．就在伦琴宣布发现X射线的第四天，一位美国医生就用X射线照相发现了伤员脚上的 子弹．从此，对于医学来说，X射线就成了神奇的医疗手段．因为这一具有划时代意义的 重大发现，伦琴于1901年被授予第一届诺贝尔物理学奖． X射线可用来帮助人们进行医学诊断和治疗；也可用于工业上的非破坏性材料的检查； 在基础科学和应用科学领域内，则被广泛用于晶体结构分析、化学分析和原子结构的研 究．有关X射线的实验非常丰富，其内容十分广泛而深刻．本实验要求利用德国莱宝公司 的X射线实验仪及附件，做一些有趣而基本的实验，从而对X射线的产生、特点和应用有 初步的认识． 【实验目的】 1.观察X射线影像； 2.观察布拉格反射现象； 3.利用标准NaCl单晶测定X光波长 4.根据X光波长测定未知晶体的晶格常数． 【实验原理】 1．X射线的基本性质 X射线和可见光线一样，也是电磁波的一种，不同的是较之可见光，它的波长更短， 介于紫外线和γ射线之间，约10 nm ~ 0.001 nm（注：1 nm = 10-9 m）．波长小于0.01 nm的 称为超硬X射线，在0.01 ~ 0.1 nm范围内的称为硬X射线，0.1 ~ 1 nm范围内的称为软X 射线．其中，波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，Array适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析；波长较长的软X 射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属的分析． 在实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴 极和阳极的真空石英管，其结构如图1所示：①是接地阴极， 即电子发射极，用钨丝构成，通电加热后可发射电子；②是阳 极靶材，本实验中采用钼靶，工作时加以几万伏的高压．电子 在高压作用下轰击钼原子而产生X光．③铜块和④螺旋状热 沉用以散热．⑤是管脚．因为电子轰击靶极时会产生高温，故 靶极必须散热冷却． 经过X射线管发射出的X射线分为两种：连续光谱和标 识光谱．能量为eU的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去 自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个 能量为h 的光子，这样的光子流即为X射线．单位时间内到 达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次 - 69 -

大学物理实验简谐振动与阻尼振动的实验报告

湖北文理学院物理实验教学示范中心 实 验 报 告 学院 专业 班 学号： 姓名： 实验名称 简谐振动与阻尼振动的研究 实验日期： 年 月 日 实验室： N1-103 [实验目的]: 1. 验证在弹性恢复力作用下,物体作简谐振动的有关规律；测定弹簧的弹性系数K 和有效质量m. 2. 测定阻尼振动系统的半衰期和品质因数，作出品质因数Q 与质量M 的关系曲线。 [仪器用具]:仪器、用具名称及主要规格（包括量程、分度值、精度等） 气垫导轨、滑块、附加质量(2)、弹簧(4)、光电门(2)、数字毫秒计. [实验原理]:根据自己的理解用简练的语言来概括(包括简单原理图、相关公式等) 1．简谐振动 在水平气垫导轨上的滑块m 的两端连接两根弹性系数1k 、2k 近乎相等的弹簧，两弹簧的另一端分别固定在气轨的两端点。滑块的运动是简谐振动。其周期为： 2 122k k M T +== π ω π 由于弹簧不仅是产生运动的原因，而且参 加运动。因此式中M 不仅包含滑块（振子）的质量m ，还有弹簧的有效质量0m 。M 称为弹簧振子系统的有效质量。经验 证：0m m M += 其中 s m m 31 0=，s m 为弹簧质量。假设：k k k ==21则有周期： 22T πω= = 若改变滑块的质量m ?，则周期2T 与m ?成正比。222 4422M m T k k ππ?=+。以2T 为纵坐标，以m ?为横坐标，作2T -m ?曲线。则为一条斜率为242k π的直线。由斜率可以求出弹簧的弹性系数k 。求出弹性系数后再根据式22 42M T k π=求出弹簧的 有效质量。 2．阻尼振动 简谐振动是一种振幅相等的振动，它是忽略阻尼振动的理想情况。事实上，阻尼力不可避免，而抵抗阻力做功的结果，使振动系统的能量逐渐减小。因此，实验中发生的一切自由振动，振幅总是逐渐减小以至等于零的。这种振动称为阻尼振动。用品质因数（即Q 值），来反映阻尼振动衰减的特性。其定义为：振动系统的总能量E 与在一个周期中所损耗能 量E ?之比的π2倍，即 2E Q E π =?；通过简单推导也有： 12 ln 2 T Q T π= 2 1T 是 阻尼振动的振幅从 0A 衰减为 2 0A 所用时 间，叫做半衰期。测出半衰期就可以计算出品质因数Q 。在实验中，改变滑块的质量。作质量与品质因数的关系曲线。 [实验内容]: 简述实验步骤和操作方法 1. 打开气泵观察气泵工作是否正常，气轨出气孔出气大小是否均匀。 2. 放上滑块，调节气轨底座，使气轨处于水平状态。 3. 把滑块拉离平衡位置，记录下滑块通过光电门10次所用的时间。 4. 改变滑块质量5次，重复第3步操作。 5. 画出m T -2 关系曲线，.据m T -2关系曲线，求出斜率K ，并求出弹性系数k 。 6. 用天平测量滑块（附挡光片）、每个附加物的质量后；求出弹簧的有效质量。 7. 用秒表测量滑块儿的振幅从A 0衰减到A 0/2所用的时间2 1T ；求出系统的品质因数Q 8. 滑块上增至4个附加物，重复步骤7作出Q-m ?的关系曲线；

气轨上研究简谐振动

气轨上研究简谐振动 指导教师：王亚辉 实验团队：袁维，李红涛，苗少少 （陕西理工学院物理与电信工程学院物理系，汉中，723000） 摘要 在气轨导体上观察简谐振动现象，测定简谐振动的周期，观察简谐振动系统中的弹 性势能和动能之间的相互转化，测定和计算它们之间的数量关系。 关键词 气垫导轨 简谐振动 劲度系数 粘滞阻力 Ⅰ. 实验原理 当气垫导轨充气后，在其上放置以滑块，用两个弹簧分别将滑块和气垫导轨两端连接起来，如图1.（a ）所示。选滑块的平衡位置为坐标原点O ，将滑块由平衡位置准静态移至某点A ，其位移为x ，此时滑块一侧弹簧被压缩，而另一侧弹簧被拉长，如图1.（b ）所示。 图1 若弹簧的弹性系数分别为k 1，k 2，则滑块受到的弹性力为 F =－（k 1+k 2）x (1) 式中，负号表示力和位移的方向相反。由于滑块与气轨间的摩擦力极小，故可以略去。滑块仅受到在x 方向的恢复力即弹性力F 的作用，这时系统将做简谐振动，其动力学方程为 F =－（k 1+k 2）x = m 2 2x d dt (2) 令ω2= m k k 2 1 ，则方程改写为 2 2x d dt +ω2x=0

这个常系数二阶微分方程解为 x=cos(ω+φ) (3) 式中，ω称为角频率，简谐振动的周期为 T= 2 122k k m +=π ω π 将式（3）对时间求导数，可得滑块运动的速度为 V= )sin(dx φωω+-=t A dt (4) 由于滑块只受弹性力（保守力）作用，因此系统振动过程中机械能守恒。设滑块在某位置x 处的速度为v ，则系统在该位置处的总能量应为 E=E P +E K =21( k 1+k 2)x 2+2 1 mv 2 (5) 把式（3）和式（4）代入式（5）有 E=21( k 1+k 2)A 2cos 2(ωt+φ)+ 2 1 m ω2A 2sin 2(ωt+φ) 又 ω2= m k k 2 1+ k 1+k 2=ω2m 故 E= 21m ω2A 2=2 1 ( k 1+k 2)A 2 (6) 式中，m,k 1,k 2及A 都是常量。它说明尽管振动过程中动能、势能不断随时间变化，但其总 量保持不变。 实验中若将滑块移至A 点并作为起始点，初速度v=0，位移x max ==A,则该点处动能为零，系统总能量即为弹性势能E=1/2（k 1+k 2）A 2;当滑块运动到平衡位置O 点时，位移x=0而速度有最大值v max ，该点处势能为零，系统总能量全部转化为动能即E=1/2mv 2max 。因此，只要测出起始位置的最大位移或平衡位置O 点的滑块速度，即可算出振动系统的总能量E.而在振动过程中其他任一位置的动能和势能之和总等于E 。 Ⅱ. 实验仪器 气垫导轨及其附件，计速计时测速仪，电子秤，尼龙细线，两个弹簧等 Ⅲ. 实验步骤 1. 实验观察 （1） 观察本实验中振动现象，指出滑块在何处受力最大，何处受力最小；何处

简谐振动的研究·实验报告

简谐振动的研究·实验报告 【实验目的】 研究简谐振动的基本特征 【实验仪器】 气垫导轨、通用数字计时器、滑块、砝码、弹簧（5对）、约利氏秤 朱力氏秤 朱力氏秤的示意图如右图所示。一个可以升降的套杆1上刻有毫米分度，并附有读数游标2。将弹簧3挂在1顶部，下端挂一有水平刻线G 的小镜子4，小镜子外套一个带有水平刻线D 的玻璃管5，镜下再钩挂砝码盘6。添加砝码时，小镜子随弹簧伸长而下移。欲知弹簧伸长量需旋动标尺调节旋钮7将弹簧提升，直至镜上水平刻线G 与玻璃管上水平刻线D 及D 在镜中的像相互重合，实现所谓“三线重合”。测量时注意先用底座上螺丝调节弹簧铅直，此时小镜子应不会接触到玻璃管。 【实验原理】 简谐振动是振动中最简单、最基本的运动，对简谐振动的研究有着重要的意义。简谐振动的方程为 x x 2ω-= 其位移方程为 )sin(αω+=t A x 速度方程为 )sin(αωω+=t A v 其运动的周期为 ω π 2= T T 或ω由振动系统本身的特性决定，与初始运动无关。而A ，α是由初始条件决定的。 实验系统如图4-15-1所示。

两个弹性系数k 相同的弹簧分别挂在质量为m 的滑行器两侧，且处于拉伸的状态。在弹性恢复力的作用下，滑行器沿水平导轨作往复运动。当滑行器离开平衡位置0x 至坐标x 时，水平方向上受弹性恢复力)()(00x x k x x k --+-与的作用，有 x m x x k x x k =--+-）00()( 即 x m kx =-2 令k k 20=，有 x m k x x m x k 0 0-==- 或 上式形式与简谐振动方程相同，由此可知滑行器的运动为简谐振动。与简谐振动方程比较可得 m k 0 2= ω 即该简谐振动的角频率 m k 0 = ω 1、)sin(αω+=t A x 的验证 将光电门F 置于0x 处，光电门G 置于1x 处，滑行器1拉至A x 处（010x x x x A ->-）释放，由计时器测出滑行器从0x 运动至1x 的时间1t 。依次改变光电门G 的位置i x ，每次都从A x 释放滑行器，测出对应i x 的时间i t ，最后移开光电门G 。从滑行器通过0x 时开始计时，当它从最大位移返回到0x 时，终止计时，测出时间值为2 T t =，可求出达到最大位置的时间2 t t B = 。 从上面的操作中可以看出2 π α= =，A x A 。将测量的i x ，i t 值代入（4）式，看其是 否成立。ω可由（4）式求出，其中B t T 4=。 2、)cos(αωω+=t A v 的验证 使滑行器处于平衡位置，并使挡光板正对坐标原点，然后依次改变光电门的位置（x 取值与1中相同），每次仍均在A x 处释放滑行器，这样可由计时器给出的时间i t ?及滑行距离 s ?（挡光板两相应边距离）可求出i v ，将i v 及1测出的i t 对应代入（3）式时，看是否成

机械振动实验报告

《机械振动基础》实验报告 （2015年春季学期） 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化报告提交日期2015.05.07 哈尔滨工业大学

报告要求 1.实验报告统一用该模板撰写，必须包含以下内容： (1)实验名称 (2)实验器材 (3)实验原理 (4)实验过程 (5)实验结果及分析 (6)认识体会、意见与建议等 2.正文格式：四号字体，行距为1.25倍行距； 3.用A4纸单面打印；左侧装订； 4.报告需同时提交打印稿和电子文档进行存档，电子文档由班长收 齐，统一发送至：liuyingxiang868@https://www.wendangku.net/doc/6216578663.html,。 5.此页不得删除。 评语： 教师签名： 年月日

实验一报告正文 一、实验名称：机械振动的压电传感器测量及分析 二、实验器材 1、机械振动综台实验装置(压电悬臂梁) 一套 2、激振器一套 3、加速度传感器一只 4、电荷放大器一台 5、信号发生器一台 6、示波器一台 7、电脑一台 8、NI9215数据采集测试软件一套 9、NI9215数据采集卡一套 三、实验原理 信号发生器发出简谐振动信号，经过功率放大器放大，将简谐激励信号施加到电磁激振器上，电磁激振器振动杆以简谐振动激励安装在激振器上的压电悬臂梁。压电悬臂梁弯曲产生电流显示在示波器上，可以观测悬臂梁的振动情况；另一方面，加速度传感器安装在电磁激振器振动杆上，将加速度传感器与电荷放大器连接，将电荷放大器与数据采集系统连接，并将数据采集系统连接到计算机（PC机）上，操作NI9215数据采集测试软件，得到机械系统的振动响应变化曲线，可以观测电磁激振器的振动信号，并与信号发生器的激励信号作对比。实验中的YD64-310型压电式加速度计测得的加速度信号由DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号。电荷放大器的内部等效电路如图1所示。 q

简谐运动的描述物理教案

简谐运动的描述物理教案 教学目标： 1.知识与技能 (1)知道简谐运动的振幅、周期和频率的含义。理解周期和频率的关系。 (2)知道振动物体的固有周期和固有频率，并正确理解与振幅无关。 (3)理解振动图像的物理意义，能利用图像求振动物体的振幅、周期及任意时刻的位移;会将振动图像与振动物体在某时刻位移与位置对应，并学会在图象上分析与位移x有关的物理量。 (4)知道简谐运动的公式表示X=Asinwt，知道什么是简谐运动的圆频率，知道简谐运动的圆频率和周期的关系。 2.过程与方法：观察砂摆演示实验中拉动木板匀速运动，让学生学会这是将质点运动的位移按时间扫描的基本实验方法。 3.渗透物理方法的教育：提高学生观察、分析、实验能力和动手能力，从而让学生知道实验是研究物理科学的重要基础。 教学重点：振幅、周期和频率的物理意义;简谐运动图象的物理意义 教学难点：理解振动物体的固有周期和固有频率与振幅无关;振动图象与振动轨迹的区别;圆频率与周期的关系 教学器材：弹簧振子，音叉，课件;砂摆实验演示：砂摆、砂子、玻璃板(或长木板) 教法与学法：实验观察、讲授、讨论，计算机辅助教学 教学过程设计: 第一课时 1.新课引入 上节课讲了简谐运动的现象和受力情况。我们知道振子在回复力作用下，总以某一位置为中心做往复运动。现在我们观察弹簧振子的运动。将振子拉到平衡位置O的右侧，放手后，振子在O点的两侧做往复运动。振子的运动是否具有周期性? 在圆周运动中，物体的运动由于具有周期性，为了研究其运动规律，我们引入了角速度、周期、转速等物理量。为了描述简谐运动，也需要引入新的物理量，即振幅、周期和频率。

板书二振幅、周期和频率(或投影) 2.新课讲授 实验演示：观察弹簧振子的运动，可知振子总在一定范围内运动。说明振子离开平衡 位置的距离在一定的数值范围内，这就是我们要学的第一个概念――振幅。 板书1、振动的振幅 在弹簧振子的振动中，以平衡位置为原点，物体离开平衡位置的距离有一个最大值。 如图所示(用投影仪投影)，振子总在AA’间往复运动，振子离开平衡位置的最大距离为 OA或OA’，我们把OA或OA’的大小称为振子的振幅。 板书(1)、振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离。 我们要注意，振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，而不是最大位移。这就意味着，振幅是一个数值，指的是最大位移的绝对值。 板书振幅是标量，表示振动的强弱。 实验演示：轻敲一下音叉，声音不太响，音叉振动的振幅较小，振动较弱。重敲一下 音叉，声音较响，音叉振动的振幅较大，振动较强。振幅的单位和长度单位一样，在国际 单位制中，用米表示。 板书(2)、单位：m 由于简谐运动具有周期性，振子由某一点开始运动，经过一定时间，将回到该点，我 们称振子完成了一次全振动。振子完成一次全振动，其位移和速度的大小、方向如何变化? 学生讨论后得出结论：振子完成一次全振动，其位移和速度的大小、方向与从该点开 始运动时的位移和速度的大小、方向完全相同。 在匀速圆周运动中，物体运动一个圆周，所需时间是一定的。观察振子的运动，并用 秒表或脉搏测定振子完成一次全振动的时间，我们通常测出振子完成20～30次全振动的 时间，从而求出平均一次全振动的时间。可以发现，振子完成一次全振动的时间是相同的。 板书2、振动的周期和频率 (1)、振动的周期T：做简谐运动的物体完成一次全振动的时间。 振动的频率f：单位时间内完成全振动的次数 (2)、周期的单位为秒(s)、频率的单位为赫兹(Hz)。 板书(3)、周期和频率都是表示振动快慢的物理量。两者的关系为T=1/f或f=1/T

弦振动实验_报告

弦振动的研究报告 班级：工程力学二班 学号：120107020045 姓名：康昕程

实 验 报 告 【实验目的】 1. 了解波在弦上的传播及驻波形成的条件 2. 测量不同弦长和不同张力情况下的共振频率 3. 测量弦线的线密度 4. 测量弦振动时波的传播速度 【实验仪器】 弦振动研究试验仪及弦振动实验信号源各一台、双综示波器一台 【实验原理】 驻波是由振幅、频率和传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成的特殊干涉现象。 当入射波沿着拉紧的弦传播，波动方程为 ()λπx ft A y -=2cos 当波到达端点时会反射回来，波动方程为 ()λπx ft A y +=2cos 式中，A 为波的振幅；f 为频率；λ为波长；x 为弦线上质点的坐标位置，两拨叠加后的波方程为 ft x A y y y πλ π 2cos 2cos 221=+= 这就是驻波的波函数，称为驻波方程。式中，λ π x A 2cos 2是各点的振幅 ，它只与x 有关， 即各点的振幅随着其与原点的距离x 的不同而异。上式表明，当形成驻波时，弦线上的各点作振幅为λ π x A 2cos 2、频率皆为f 的简谐振动。 令02cos 2=λ π x A ，可得波节的位置坐标为 ()4 12λ +±=k x 2,1,0=k 令12cos 2=λ π x A ，可得波腹的位置坐标为 2 λ k x ±= 2,1,0=k 相邻两波腹的距离为半个波长，由此可见，只要从实验中测得波节或波腹间的距离，就可以确定波长。 在本试验中，由于弦的两端是固定的，故两端点为波节，所以，只有当均匀弦线的两个固定端之间的距离（弦长）L 等于半波长的整数倍时，才能形成驻波。

高中物理教学论文 钢琴振动曲线研究_乐音由若干个振幅和频率不同的简谐振动合成

钢琴振动曲线研究 高中物理教科书中关于“乐音由若干个振幅和频率不同的简谐振动合成的”知识，多年来由于没有先进的教学工具，以致于不容易说清楚，目前，可以借助于电脑的Excel进行研究，可以说明白了。 人民教育出版社物理室编的全日制普通高级中学教科书（试验修订本必修）物理第一册第166页写道“钢琴的振动是由16个频率不同的简谐振动合成的，乙图（本文图1）表示出了这16个简谐振动的频率和强度的关系”相对声强 0 400 800 1200 1600 2000 频率 图1 为了研究钢琴的振动曲线是怎样由这16个频率不同的简谐振动合成的，先看一看比较简单的情况。

1．两个频率不同的简谐振动合成怎样的曲线？ 设y1=sinx, y2=sin2x, y=sinx+sin2x,令x从-6.3到6.3（单位：弧度）即从-2π到2π两个周期，每次梯增 0.1。作出数据表及图象如下。 x sinx sin2x sinx+sin2x -6.3-0.01681-0.03362-0.05044 -6.20.0830890.1656040.248694 -6.10.1821630.3582290.540392 -60.2794150.5365730.815988 -5.90.3738770.693525 1.067402 -5.80.4646020.822829 1.287431 -5.70.5506860.919329 1.470014 -5.60.6312670.979178 1.610444 -5.50.705540.99999 1.705531 -5.40.7727640.980936 1.753701 -5.30.8322670.922775 1.755043 -5.20.8834550.827826 1.711281 -5.10.9258150.699875 1.625689 -50.9589240.544021 1.502945 -4.90.9824530.366479 1.348932 -4.80.9961650.174327 1.170491 -4.70.999923-0.024780.975148 -4.60.993691-0.222890.770801 -4.50.97753-0.412120.565412 -4.40.951602-0.584920.366685 -4.30.916166-0.73440.181769 -4.20.871576-0.85460.016977 -4.10.818277-0.94073-0.12245 -40.756802-0.98936-0.23256 -3.90.687766-0.99854-0.31078 -3.80.611858-0.96792-0.35606 -3.70.529836-0.89871-0.36887 -3.60.44252-0.79367-0.35115 -3.50.350783-0.65699-0.3062

简谐振动的研究,实验报告

某位仁兄竟然要我二十几分才让下！！！！哥哥为了大家，传上来了，大家下吧 实验5-2 简谐振动的研究 自然界中存在着各种各样的振动现象，其中最简单的振动是简谐振动。一切复杂的振动都可以看作是由多个简谐振动合成的，因此简谐振动是最基本最重要的振动形式。本实验将对弹簧振子的简谐振动规律和有效质量作初步研究。 【实验目的】 1．观察简谐振动现象，测定简谐振动的周期。 2．测定弹簧的劲度系数和有效质量。 3．测量简谐振动的能量，验证机械能守恒。 【实验器材】 气轨、滑块、天平、MUJ-5B 型计时计数测速仪、平板档光片1个，“凹”形挡光片1个、完全相同的弹簧2个、等质量骑码10个。 【实验原理】 1. 振子的简谐振动 本实验中所用的弹簧振子是这样的：两个劲度系数同为1k 的弹簧，系住一个装有平板档光片的质量为m 的滑块，弹簧的另外两端固定。 系统在光滑水平的气轨上作振动，如图5-2-1所示。 当m 处于平衡位置时，每个弹簧的伸长量为0x ，如果忽略阻尼和弹簧的自身质量，当m 距平衡位置x 时，m 只受弹性回复力－k 1（x+x 0）和－k 1（x －x 0）的作用，根据牛顿第二定律得 210102()()d x k x x k x x m dt -+--= 令 12k k = （5-2-1） 则有 22d x kx m dt -= 图5-2-1 弹簧振子

该方程的解为 )cos(0?ω+=t A x （5-2-2） 即物体系作简谐振动。其中 ω= （5-2-3） 是振动系统的固有圆频率。 由于弹簧总是有一定质量的，在深入研究弹簧振子的简谐振动时，必须考虑弹簧自身的质量。由于弹簧各部分的振动情况不同，因此不能简单地把弹簧自身的质量附加在振子（滑块）的质量上。可以证明，一个质量为s m 的弹簧与质量为m 的振子组成的振动系统，其振动规律与振子质量为（m+m 0）的理想弹簧振子的振动规律相同。其振动周期为 2T = （5-2-4） 其中s cm m =0，称为弹簧的有效质量，c 为一常数。对绕制均匀圆筒状的弹簧，c 的理论值为1/3，即弹簧的自身质量是其有效质量的3倍。在本实验中，12k k =，0102m m =，12s s m m =。01m 和1s m 分别为一个弹簧的有效质量和一个弹簧的自身质量。 本实验通过改变滑块（振子）质量m 测出相应的振动周期T ，求出k 和m 0 ，从而求得一个弹簧的劲度系数1k 和有效质量01m 。 2．简谐振动的运动学特征 把式（5-2-2）两端对时间求一阶导数，有 0sin()dx v A t dt ωω?= =-+ （5-2-5） 由式（5-2-2）和（5-2-5）式消去t ，有 )(2222x A v -=ω （5-2-6）

简谐振动的研究

简谐振动的研究 (用气垫导轨法) 实验目的 1．验证弹簧振子的运动规律。 2．验证谐振动的周期决定于振动系统本身的性质，与初始条件无关。 3．测量弹簧的等效质量。 实验仪器 气垫导轨，滑块儿与附加物，弹簧，光电计时装置等。 实验原理 1．弹簧振子的振动规律 如图12a－1所示。在水平气垫导轨上的滑 块儿两端联接倔强系数分别为K1、K2的两弹簧 振子。选水平向右的方向为x正方向，把滑块 儿由平衡位置O向右移动一段距离x。如果忽略阻力，物体只受弹性恢复力－(K1+K2)x的作用，方向指向平衡位置，由牛顿第二定律可知，其运动方程为 （12a－1） 式中k＝K1＋K2，如令，则有 此微分方程的解为 （12a－2） 上式表明滑块儿的位置按正弦函数随时间而改变。所以，滑块的运动是简谐振动。

式中A是振幅，是初相位。是弹簧振子固有的圆频率，M是弹簧振子的有效质量，它等于滑块儿质量m与二弹簧有效质量m 0之和，即M＝m＋m0。由系统本身决定，A和由初始条件决定。（12a－2）式对时间求微商，有 （12a－3） 上式表明滑块儿的速度按余弦函数随时间变化。由（12a－2）和（12a－3）式可以消去t，有 （12a－4） 上式是滑块儿速度与位移随时间变化时应满足的关系。当x＝0时，由公式（12a －4）可得 v =ω A 这时v的数值最大，即 v max =ω A（12a－5） 2．弹簧振子的振动周期 弹簧振子的周而复始完全振动一次所需要的时间，称为简谐振动的周期T。 上面公式可改写为 （12a－6） 当k一定时，～m成线性关系，并且由其斜率和截距可以求出二弹簧的倔强系数k和有效质量m0。 实验内容

28波尔振动(二)实验报告讲解

实验2.8 波尔振动实验（二） 实验人姓名：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% 实验数据储存 【实验目的】 1.观察和研究自由振动、阻尼振动、受迫振动的特性 2.观察和研究振动过程的拍频、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） 1 ZKY-BG 固有振动频率约 0.5Hz 秒表 1 DM3-008 石英秒表，精度 0.01s 三路直流稳压稳流电源1 IT6322 三路隔离， 0-30V/1mV,0.3A/1mA 台式数字万用表 1 DM3051 5-3/4位，1μ V-1000V，10nA-10A， 准确度为读数的 0.025％ 数据采集器及转动传感器1 SW850及CI6531 最高采样率1000Hz， 分辨率0.25°，准确 度±0.009° 实验测控用计算机 1 IdeaCenterB320i 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所示的扭摆摆动角度随时间变化的数据之后，对其进行傅立叶变换，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。

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 扭摆的摆动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。势能与摆动角度的平方成正比，动能与角速度的平方成正比。 若以角度为横坐标，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， 相图逐渐缩小至中心点。图4 所示为理想的自由振动的相图，势能和动能相互转换，但总 的机械能始终保持不变，相图为一个面积保持不变的椭圆。