关于机械简谐振子品质因子的讨论

李琳, 李晨阳, 屈伦, 兀伟, 潘崇佩, 陈宗强, 宋峰, 张心正, 任梦昕, 许京军

doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250266

大学物理 >

2025 , Vol. 44 >Issue 8: 31

DOI: https://doi.org/10.16854/j.cnki.1000-0712.250266

教学讨论

关于机械简谐振子品质因子的讨论

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南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院,弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300071

李琳（2000—），女，山东济南人，南开大学物理科学学院2023级硕士研究生.

宋峰，E-mail:fsong@nankai.edu.cn
张心正，E-mail:zxz@nankai.edu.cn
任梦昕，E-mail:ren_mengxin@nankai.edu.cn
许京军，E-mail:jjxu@nankai.edu.cn

收稿日期: 2025-05-14

修回日期: 2025-05-29

网络出版日期: 2025-11-11

基金资助

国家重点研发计划（2023YFA1407200）；国家自然科学基金（12222408,12174202,12304423,12304424）；天津市自然科学基金（24JCJQJC00070）；天津市教学改革项目(B231005520)；中央高校基本科研业务费;南开大学实验教学改革项目(25NK22YQ08)

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Discussion on thequality factor of resonant systems

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The Key Laboratory of Weak Light Non linear Photonics, Ministry of Education, School of Physics and
TEDA Institute of Applied Physics,Nankai University, Tianjin 30007, China

Received date: 2025-05-14

Revised date: 2025-05-29

Online published: 2025-11-11

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摘要

品质因子是衡量谐振系统能量存储与耗散效率的无量纲参量，在电路谐振器、光学微腔、机械振动系统以及非线性动力学等多个领域具有广泛而深远的应用价值.然而，在现行大学物理教学中，品质因子往往仅停留于概念性介绍，缺乏系统的定量推导与物理分析，尤其缺少对不同定义之间等价性的严谨证明.本文以线性谐振子模型为例，分别构建了自由振动与受迫振动条件下品质因子的计算方法，并揭示了在弱阻尼条件下，不同定义方式在数学上的一致性.通过系统化的理论推导，不仅有助于学生深化对品质因子物理意义的理解，也有助于提升其分析与比较不同物理模型的能力，从而在物理专业教学中强化对基本概念的思辨训练，为后续涉及电学、光学及动力学等分支课程的学习和研究奠定理论基础.

关键词： 品质因子; 谐振系统; 自由振动; 受迫振动

本文引用格式

李琳, 李晨阳, 屈伦, 兀伟, 潘崇佩, 陈宗强, 宋峰, 张心正, 任梦昕, 许京军 . 关于机械简谐振子品质因子的讨论[J]. 大学物理, 2025 , 44(8) : 31 . DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250266

Abstract

The quality factor, as a dimensionless parameter quantifying the energy storage efficiency relative to dissipation in resonant systems, holds extensive and profound application value across diverse domains including circuit resonators, optical microcavities, mechanical oscillators, and nonlinear dynamics.However, contemporary university physics curricula predominantly limit the presentation of quality factor to conceptual descriptions, lacking

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