陈耿祥

(厦门外国语学校 福建 厦门 361026)

唐柱荣

(安宁中学 云南 昆明 650300)

1 引言

受迫振动实验选自鲁科版高中《物理·选修3-4》第一章机械振动第4节“生活中的振动”.本节需要学生认识自由振动、阻尼振动与受迫振动，探究受迫振动振幅与驱动力频率的关系，知道共振的条件及特点.

传统的实验仪器为手摇共振演示仪如图1所示，它有很多优点，比如仪器简单、效果明显，但也存在许多不足之处：(1)手摇驱动力频率不易控制且不稳定；(2)只能定性，无法定量实验；(3)实验数据、图像都是教师直接给学生，学生缺乏探究过程，对实验规律的理解存在障碍.

图1 手摇共振演示仪

而笔者设计的实验装置能够很好地对传统实验进行补充和优化，定量探究受迫振动振幅与频率的关系.而且，本实验中使用到的ArduinoNano单片机是目前流行的一款简单易上手的开源可编程控制模块.它功能强大，只需要配合上常见的传感器模块和其他电子元件，再为它编写相应的C语言控制程序，即可实现预期的控制与测量功能.ArduinoNano在国内的售价大约20元，我们在本实验中使用ArduinoNano单片机和一些常用的电子元件模块自主搭建了驱动力输出-测算的控制系统，成本仅在100元内.这意味着更多的教师、学生可以参考我们的方案做相关实验.

2 实验原理

本实验原理图如图2所示.所用到器材主要有：①ArduinoNano单片机、②舵机、③驱动杆、④霍尔元件、⑤位移发生器(振子)、⑥位移接收器、⑦计算机.

图2 频率可调驱动力装置实验原理图

s=Aae-β tcos(ωat+a)+Abcos(ωt+φ)

第一……