用Audition软件辅助测量弹簧振子的振动周期

王 颖,吴 斌,田冰涛,盛翌航,黄原点,陈东生

(上海电力学院,上海 200090)

用Audition软件辅助测量弹簧振子的振动周期

王 颖,吴 斌,田冰涛,盛翌航,黄原点,陈东生＊

(上海电力学院,上海 200090)

介绍利用adobe audition 1.5软件测量弹簧振子的周期,研究周期与质量的关系。该方法能将测量值精确到0.001,从而提高实验精确度。

弹簧振子;周期;adobe audition 1.5

弹簧振子是大学物理实验中的一个重要内容,常常用秒表来测量其振动周期,这种人工的测量方式往往由于人的操作反应时间给实验带来较大的误差,而用adobe audition 1.5来测量弹簧振子的振动周期,操作简单,精确度高,可以很好的减少人工计时的误差。

1 adobe audition 1.5软件介绍

Adobe Audition1.5功能强大,控制灵活,使用它可以录制、混合、编辑和控制数字音频文件。软件能实现示波器、信号发生器、频率计等功能,作为频率计能快速实时测量信号频率。本次试验就是借助这个软件来更加精确地测量出弹簧振子的频率[1]。其工作界面如图1所示。

图1 Audition软件界面

2 线圈与数据线的介绍

实验中的数据线是将麦克风的头部剪掉,(即将麦克风声音信号变成电信号部分去掉),作为脉冲信号的接受装置,直接将脉冲电信号传导到电脑中,运用adobe audition1.5软件来进行脉冲信号的时间间隔显示。用铜线绕成线圈,将其固定在铁架台上,当振子振动时由电磁感应定律可知线圈感应产生电动势,在闭合回路产生脉冲电信号,数据线将这种电信号传导到电脑中并时行显示[2]。

图2 线圈及数据线图

3 实验原理

弹簧振子是最简单的机械振动。如图3所示,一个质量为的物体系于弹簧的一端,弹簧的另一端固定,这样的系统称为弹簧振子.由胡克定律得:

图3 弹簧振子

k为弹簧的劲度系数.由牛顿第二定律得,振子所满足的运动方程为:

f为弹簧振子的固有频率,它反映了振动系统的固有性[3]。

基于上述原理,我们将弹簧上端固定在铁架台上,在弹簧下端挂上磁铁,在弹簧振子下端固定一个线圈,让弹簧受力振动时通过线圈,再用信号接收线将线圈与计算机连接起来,将振动时产生的电信号直接传导到计算机中,再用adobe audition 1.5分析其产生的振动图像。整个实验装置的原理见图4所示。

3 实验步骤

(1)按图4所示原理图连接好实验装置;

(2)用电子秤测出每次悬挂磁铁的质量分别记为M1、M2、M3……,多次测量取其平均值为

(3)用Audition1.5测量悬挂不同质量磁铁时弹簧振子的振动周期T1、T2、T3……;

(4)根据脉冲信号的时间间隔即可得出其振动周期。

图4 实验原理图

4 实验数据

两种质量分别为36g与3.8g的磁铁若干,将不同质量的磁铁挂在弹簧下让其振动,分别记下其振动信号图。图5是振子质量M=94.47g所对应的振动信号图。

图5 振动信号图

图5中白色区域即为振子的振动一个周期所对应是时间间隔Δt,从图中可以看出其振动周期Δt=1.047s,图中红色圈中所示部分。

4.1 相同振子质量所对应的周期

为了研究弹簧振子的振动周期,分别为audition软件与秒表测量了M=72.05g的振子所对应的振动周期,其数据分别如表1和表2所示:

表1 用audition软件测量的振动周期

对比表1和表2可以看出:

(1)用软件测量振动周期其实验数据可以精确到小数点后三位,而用秒表测量其实验数据只能精确到后两位。

(2)软件所测量的实验数据非常靠近,即离散性小,而用秒表测量的实验数据较为分散,即离散性大。

所以用软件辅助测量振动周期不仅可以提高准确度,还可以提高实验精确度。

4.2 振子质量与周期的关系

为了研究弹簧振子质量与振动周期的关系,测量了不同振动质量下所对应的周期,其实验数据如表3所示:

表3 用audition软件测量的振动周期

根据所得的数据,用Matlab软件画出T2和M的关系,如图6所示

图6 M和T2的关系图

根据所画的图,用matlab拟合出相应的线性关系:

从图6与公式(6)可以看出:弹簧振子的质量与其振动周期呈现良好的线性关系,这与理论是相一致的。

5 结 论

随着科学技术的发展,计算机的应用越来越广泛,我们在进行实验的过程中可以利用计算机来使实验的精确度增加,人工实验时带来的误差。

[1]褚幼令,陈乃东,王挚平.弹簧振子振动特性的计算机实时测量[J].大学物理,1998,17(5):32-34.

[2]熊宝库,冯一兵,冀晓群.弹簧振子振动图像的演示方法[J].物理实验,2004,24(6).

[3]陈东生,马民勋,张素材,等.用计算机实测变音钟受击发音频谱与温度的关系[J].大学物理,2008,27(3);39-42.

[4]王骁勇.将“弹簧振子实验”从验证型改进为探索型[J].大学物理,2002,15(3):19-22.

Using Audition Software tOAssist in Measuring the Vibration Period of Spring Oscillator

WANG Ying,WU Bin,TIAN Bing-tao,SHENG Yi-hang,HUANG Yuan-dian,CHEN Dong-sheng

(Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090)

Introducing measurement of vibration period of spring oscillator by adobe audition 1.5software,and investigating the relationship between mass and cycle.This method can make the measured value tOthe accuracy of 0.001,sOas tOimprove the accuracy of our experiment.

spring oscillator;cycle;adobe audition 1.5

O4-39

A

1007-2934(2011)03-0073-03

2011-01-24

上海市大学生科研创新基金资助:A84182、A84186、A84192.

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