[实用新型]悬臂梁的受迫振动实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用光电转换研究悬臂梁在周期性外力作用下受迫振动，其受迫振动的振幅与周期性外力的角频率关系，受迫振动与周期性外力相位差和周期性外力的角频率关系，受迫振动的共振角频率与悬臂梁的长度关系，高等学校学生实验的教学仪器。

背景技术

受迫振动是物理学中振动内容的重要组成部分，物体在周期性外力持续作用下发生振动，称为受迫振动，如果外力是按周期性的正弦或余弦规律变化，在稳定状态时，该受迫振动是简谐振动，其振幅不随时间改变，振动角频率与外力的角频率相同，受迫振动与外力间有恒定的相位差，改变外力的角频率，受迫振动的振幅、受迫振动与外力间的相位差都随之发生变化，当振幅达到最大时，称为共振，这时的角频率称为共振角频率，改变受迫振动物体的大小，其共振频率也随之发生变化，在教学中，要让学生通过实验探索认知这些规律，至今为止，还未发现任一家教学仪器厂生产完全适合该教学内容的实验仪器。

发明内容

本实用新型提供一种悬臂梁的受迫振动实验仪，该实验仪既能研究悬臂梁在周期性外力作用下受迫振动，其受迫振动的振幅与外力的角频率关系，受迫振动与外力间的相位差和外力的角频率关系，受迫振动的共振角频率与悬臂梁的长度关系，又能满足理论与实验相结合的教学要求。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是(参见附图)：一种悬臂梁的受迫振动实验仪，由光源8、悬臂梁2、黑色挡光片3、光电转换器4、周期性正弦交变磁场源10、以及数字示波器7构成；其黑色挡光片安装在悬臂梁的悬空端并与其垂直，光电转换器的进光口与黑色挡光片对齐，保证悬臂梁未振动时，光线不能进入光电转换器，周期性正弦交变磁场源放在悬臂梁下方，光源安置在悬臂梁旁边，悬臂梁2是一端固定且平面为水平状态的具有弹性的长条片状铁磁性材料，周期性正弦交变磁场源10由精密电阻R11与铁磁材料圆柱体为芯的直螺线管13串联连接后，再与函数信号发生器12并联连接构成；光电转换器4包括硅光电池5、10欧姆精密电阻6、黑色长方体有机玻璃盒4-1，其硅光电池5的两个电极和10欧姆精密电阻6的两端引线分别与黑色长方体有机玻璃盒4-1表面上的四个接线柱连接，然后它们再并联连接；数字示波器7的Y₁、Y₂输入端，分别与构成光电转换器中10欧姆精密电阻两端和构成周期性正弦交变磁场源电路中的精密电阻R两端顺序连接。

该实验仪挡光片被光源照亮后，悬臂梁出现一定振幅的周期性振动现象时，进入光电转换器的光照度量也随之发生周期性变化，光电转换器将光信号转换成的电信号也同样发生周期性变化，其变化情况由数字示波器用波形显示出来。

本实用新型悬臂梁的受迫振动实验仪，其光源8由定向照明卤素灯与直流稳压电源并联连接构成。

本实用新型悬臂梁的受迫振动实验仪，其悬臂梁是由台钳1和钢锯条构成，该钢锯条的一端由台钳夹紧固定，其它部分悬空，并且其平面为水平状态，黑色挡光片3安装在悬臂梁的悬空端并与其垂直。

本实用新型悬臂梁的受迫振动实验仪，其光电转换器4由黑色长方体有机玻璃盒4-1，密封的光电转换器件、10欧姆精密电阻6构成，该黑色长方体有机玻璃盒的左表面开了一个长方形进光口，右表面安装了四个接线柱，光电转换器件为长方形片状的硅光电池5，用有机玻璃密封成长方体，受光照射面为无色透明，其它为黑色，安装在黑色长方体有机玻璃盒的上表面下面，与该盒的前、后、及上表面垂直，受光照射面朝向为左表面进光口方向，并与进光口对齐，光电池的两个电极用条形弹性金属片引出并分别与右表面的两个接线柱连接，10欧姆精密电阻6两端引线分别与右表面的另两个接线柱连接，然后它们再并联连接。