2024年6月15日发(作者：谷梁飞光)
中山大学《基础物理实验（III）》课程实验数据记录纸
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
扭摆（波尔摆）
数量
1
型号
ZKY-BG
技术指标
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
台式数字万用表 1 DM3051
1 IT6322 三路隔离，
0-30V/1mV,0.3A/1mA
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
【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。
1 IdeaCenterB320i 一体台式计算机
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中山大学理工学院基础物理实验室编制
中山大学《基础物理实验（III）》课程实验数据记录纸
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。
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中山大学理工学院基础物理实验室编制
2024年6月15日发(作者：谷梁飞光)
中山大学《基础物理实验（III）》课程实验数据记录纸
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
扭摆（波尔摆）
数量
1
型号
ZKY-BG
技术指标
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
台式数字万用表 1 DM3051
1 IT6322 三路隔离，
0-30V/1mV,0.3A/1mA
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
【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。
1 IdeaCenterB320i 一体台式计算机
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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。
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