大物实验报告

电子科技大学

物理实验报告

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注：报告构架为数据分析+实验图像+该实验引发的基本应用。

1.该图实际上就是一个质点做简谐振动时的振动曲线，通过该图不仅可以方便的看出简谐运动的变化规律，还可以求出简谐振动的特征物理量——振幅，角频率和初相位，从而可以求解出简谐运动的运动学方程，实现对简谐运动的定性描述。

在现实生活中存在着各种各样的振动，广义的说，任何物理量随时间的周期性变化都可以叫振动。而任何复杂的振动又都可以看成多个不同频率的简谐运动的合成，因而讨论简谐运动也就是讨论所有振动的基础。并且自然界中一切波动都是某种振动的传播过程，简谐运动的重要性由此可见一斑。而上述图像又是研究简谐运动的一种便捷方式，通过上图可以对简谐运动进行综合分析，故上图的应用主要表现与研究振动和波动上。比如海浪的起伏、心脏的跳动、活塞的往复运动、以及树叶在空气中的晃动、电流电压的振动，等等。

2.图1为两个振幅相同其频率又相差不大的振动的合成，图像反映出合成后的振动不再是一个简谐振动。但在合振动振幅项的变化比其相部分的变化缓慢得多时，合振动可以看作准简谐振动这点如图1所示。此时合振动的振幅时而加强时而减弱，这种现象叫做拍。图2反映出拍频及拍的振幅的最大值为合成简谐运动频率的两倍。

图1

图2

拍现象在声振动、电磁振荡和波动中经常遇到。在现实生活中也有许多应用，例如：可以利用标准音叉来校准钢琴的音频;双簧管利用两个簧片振动的微小差别产生拍音以及超外差式收音机和雷达的应用等等。

3.图示为相互垂直的简谐运动的合成，一般情况下该合振动轨迹为一椭圆。如图1所示，当Δφ=1.5π时，合振动轨迹是圆。当两个分振动频率不同，但是具有简单的倍数关系时，合振动的轨迹将形成封闭稳定的曲线，这样的曲线被称为李萨茹图形。如图2图3所示。图形的形状往往随着Δφ的变化而变化，这点从图2图3中就可以看出来。而且一般情况下椭圆还要分逆时针和顺时针方向。

图3

李莎茹图形的应用主要有在知道一个振动的频率的情况下可以通过测量这两个振动的李莎茹图形测量另一个振动的频率。

4.图示为频谱分析的应用，下图为对以4为周期，以2为最大值的方波的频谱分析。从图中可以看到当k较大时可以通过简谐运动的叠加对方波进行很好地近似。

图1

图2

频谱分析在现实中也得到了很多应用，比如利用该技术制出了频谱分析仪。而频谱分析仪是透过频域对信号进行分析、研究，并同时应用于更多不同领域，例如无线讯号收发器、信号干扰的检测、频谱监测、以及元件特性分析等，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，特别针对无线通讯信号的测量更是必要工具，其应用十分广泛，因此也有工程师将之称为射频量测的万用电表。其主要功能包括：频率设置、基准电平设置、跟踪发生器设置、跟踪控制设置、利用标记功能测量回波损耗，以及频宽、扫描时间及触发控制设置等功能。此外频谱分析还在EMI诊断、语音频谱分析、超声波频谱分析等方面得到了广泛应用。

5.下面两图是对受迫振动的分析，图1为在周期性策动力：f=m*h*cos(w*t)作用下的受迫振动的真实情况。图2为真实振动与稳定振动的比较，从图2中可以看出在一段时间以后振动就和稳定振动重合了，即振动达到了稳态。

图1

图2

受迫振动在生活中有着很多的应用：小提琴、二胡等乐器设置共鸣箱、建筑工地上浇铸混凝土时使用的振捣器、粒料分离时使用的共振筛等等。当然有些时候也给我们带来了麻烦：军队或火车过桥时要放慢速度或便步走、轮船航行时要看波浪的打击方向而改变轮船的航向和速度、机器运转时为了防止共振要调节转速等就是这方面的例子。

6.图1为理想状态下的斜抛运动：即只受重力。图2为物体受到的阻力与速度一次方成正比时的位移—时间图像；图3为阻力与速度二次方成正比时的位移—时间图像；图4为将前三者合并到一个图中进行对比的情况，对比后发现图二位移—时间图像与事实相违背，由此得出物体受到的阻力不与速度一次方成正比。图5、6、7分别为将横坐标换为物体横向位移，且横向上物体受到与其速度分别成无关、一次方、二次方关系的力时物体的运动轨迹。