共振

【实验目的】
利用长短不同的弹性刚片在周期性外力作用下做强迫振动，当弹性片的固有频率与强迫外力频率相同时产生共振现象。调节频率，观察在弹性片中形成的驻波。
【实验器材】
共振演示仪，如图16-1所示，直流稳压电源。

图 16-1

【实验原理】
一个振动系统，如果没有能量的不断补充，振动最终会停下来。因此，为了获得稳定的振动，通常对系统加一个周期性的外力，称为策动力。在周期性的策动力作用下的振动为受迫振动。理论计算表明，受迫振动在稳定后的振动频率与策动力的频率相同。振幅与策动力的频率有关系。策动力的频率公式
                              （16-1）
式中为系统固有频率，为阻尼系数。当策动力的频率满足式（16-1）时，则系统振幅达到最大，称为共振。
一般因为阻力很小，所以共振的条件可以近似写为：
                              （16-2）
即当策动力的频率与固有频率相同时发生共振现象。
系统的固有频率一般与系统的弹性系数和惯量有关系。在惯量相同的情况下，弹性越大，固有频率越大；在弹性相同时，惯量越大，固有频率越小。所以，由同种材料做成的截面相同的弹簧片，越长的固有频率越小。
【实验操作与现象】
1．将仪器放置在水平桌面上，按通电源，仔细调节电源电压，使电机转速逐渐增快，可观察到弹性刚片从长到短逐个振动。
2．弹性刚片从长到短逐个振动的过程中，可观察到同一弹性刚片在不同频率时，两个方向的振动情况，还可以发现一个方向上会出现两次振动并观察比较振动时的振幅。
3．调节到一定频率时（调节电压），在较长的刚片中可观察到驻波现象。
【注意事项】
1．因电机最大额定电压为24伏，切记调节输出电压时不要超过24伏，以免损坏电机