實驗5研究弦線上波的傳播規(guī)律

1、實驗5 研究弦線上波的傳播規(guī)律【研究意義】 波的研究幾乎出現(xiàn)在物理學(xué)的每一領(lǐng)域中。機械振動在介質(zhì)中的傳播形成機械波，電磁振動的傳播形成電磁波，它們的傳播機制雖不相同，但卻具有相似的規(guī)律性。對機械波的研究是研究此類物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)。本實驗通過波在弦線上的傳播，研究頻率相同、傳播方向相反的兩列橫波相互疊加所形成的物理現(xiàn)象駐波，實現(xiàn)對波長、波速的測量，從而進一步研究相關(guān)物理量間的關(guān)系?！緦嶒?zāi)康摹?. 觀察在弦上形成的駐波，并用實驗確定弦線振動時駐波波長與張力的關(guān)系。2. 在弦線張力不變時，用實驗確定弦線振動時駐波波長與振動頻率的關(guān)系。3. 測定橫波的波長與弦線密度的關(guān)系（選作）。4. 學(xué)習(xí)對數(shù)作圖或

2、最小二乘法進行數(shù)據(jù)處理?！緦嶒瀮x器】1. 可調(diào)頻率的數(shù)顯機械振動源：頻率調(diào)節(jié)范圍0-200Hz連續(xù)可調(diào)；可調(diào)頻率0.01Hz。2. 實驗平臺（鋁合金型材）長1500mm，寬80mm，高40mm。3. 可滑動支架1只，可動刀口支架1只，滑輪的軸心(刀口)與支架底片的左側(cè)邊對齊，讀數(shù)時支架可鎖緊固定。4. 固定滑輪1個。5. 砝碼盤1個。6. 砝碼6個，砝碼質(zhì)量：45.000.04g /個。7. 銅線（漆包線）3米，線徑0.35mm。【研究內(nèi)容與方法】1. 調(diào)節(jié)實驗裝置使弦線上形成穩(wěn)定駐波，觀察并熟悉波長（或半波長）測量方法。2. 尋找并確定能影響波長的物理量。3. 改變與波長有關(guān)的一個物理量（其

3、他相關(guān)物理量保持不變），精測波長與該量的關(guān)系。4. 依次測波長與其它相關(guān)物理量的關(guān)系?！绢A(yù)習(xí)要求】1. 根據(jù)研究內(nèi)容要求制定實驗步驟和數(shù)據(jù)記錄表。2. 回答思考題1、2?！緮?shù)據(jù)處理】用作圖法（尋求直線圖）或最小二乘法（計算器處理）分別找出波長（或波速）與其它相關(guān)物理量間的初步函數(shù)關(guān)系?！舅伎碱}】1. 測波長時為何要測多個半波長的總長？2. 為便于作圖，測量點分布要合理。你如何合理地確定測量點？3. 若實驗結(jié)果得到log-log直線圖的斜率非常接近0.5，你能得出什么結(jié)論？【閱讀材料】1. 實驗儀器實驗裝置如圖16-1所示1.可調(diào)頻率數(shù)顯機械振動源 2.振簧片 3.弦線 4.可動口支架 5.可動

4、滑輪支架 6.標(biāo)尺 7.固定滑輪 8.砝碼與砝碼盤 9.變壓器 10.實驗平臺 11.實驗桌圖16-1實驗裝置圖金屬弦線的一端系在能作水平方向振動的可調(diào)頻率數(shù)顯機械振動源的振簧片上，頻率變化范圍從0-200Hz連續(xù)可調(diào)，頻率最小變化量為0.01Hz，弦線一端通過定滑輪懸掛一砝碼盤；在振動裝置(振動簧片)的附近有可動刀口，在實驗裝置上還有一個可沿弦線方向左右移動并撐住弦線的動滑輪。這兩個滑輪固定在實驗平臺上，其產(chǎn)生的摩擦力很小，可以忽略不計。若弦線下端所懸掛的砝碼（包含砝碼盤）的質(zhì)量為，張力。當(dāng)波源振動時，即在弦線上形成向右傳播的橫波；當(dāng)波傳播到可動滑輪與弦線相切點時，由于弦線在該點受到滑輪兩壁

5、阻擋而不能振動，波在切點被反射形成了向左傳播的反射波。這種傳播方向相反的兩列波疊加即形成駐波。當(dāng)振動端簧片與弦線固定點至可動滑輪與弦線切點的長度等于半波長的整數(shù)倍時，即可得到振幅較大而穩(wěn)定的駐波，振動簧片與弦線固定點為近似波節(jié)，弦線與動滑輪相切點為波節(jié)。它們的間距為，則 (1)其中為任意正整數(shù)。利用式(1)，即可測量弦上橫波波長。由于簧片與弦線固定點在振動不易測準(zhǔn)，實驗也可將最靠近振動端的波節(jié)作為的起始點，并用可動刀口指示讀數(shù)，求出該點離弦線與動滑輪相切點距離。2. 使用方法(1) 實驗時，將變壓器（黑色殼）輸入插頭與220V交流電源接通，輸出端(五芯航空線)與主機上的航空座相連接。打開數(shù)顯振

6、動源面板上的電源開關(guān)（振動源面板如圖16-2所示）。面板上數(shù)碼管顯示振動源振動頻率.Hz。根據(jù)需要按頻率調(diào)節(jié)中（增加頻率）或（減小頻率）鍵，改變振動源的振動頻率，調(diào)節(jié)面板上幅度調(diào)節(jié)旋鈕，使振動源有振動輸出；當(dāng)不需要振動源振動時，可按面板上復(fù)位鍵復(fù)位，數(shù)碼管顯示全部清零。弦線上駐波實驗儀電源ONON復(fù)位幅度調(diào)節(jié)上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司頻率調(diào)節(jié)HHZZ12345FD-SWE-II1.電源開關(guān)2.頻率調(diào)節(jié) 3.復(fù)位鍵 4.幅度調(diào)節(jié) 5.頻率指示圖16-2振動源面板圖(2) 在某些頻率，由于振動簧片共振使振幅過大，此時應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)面板上的旋鈕以減小振幅，便于實驗進行。不在共振頻率點工作時，可調(diào)節(jié)面

7、板上幅度旋鈕到輸出最大。(3) 固定振動源的頻率，在砝碼盤上添加不同質(zhì)量的砝碼，以改變弦線上的張力。每改變一次張力，均要調(diào)節(jié)可動滑輪的位置，使平臺上的弦線出現(xiàn)振幅較大且穩(wěn)定的駐波。此時，記錄振動頻率.砝碼質(zhì)量.產(chǎn)生整數(shù)倍半波長的弦線長度及半波波數(shù)。(4) 同樣方法，可固定砝碼盤上的砝碼質(zhì)量，改變振動源頻率，進行類似的實驗。3. 操作注意事項(1) 要準(zhǔn)確求得駐波的波長，必須在弦線上調(diào)出振幅較大且穩(wěn)定的駐波。在固定頻率和張力的條件下，可沿弦線方向左.右移動可動滑輪的位置，找出“近似駐波狀態(tài)”，然后細細移動可動滑輪位置，逐步逼近，最終使弦線出現(xiàn)振幅較大且穩(wěn)定的駐波。(2) 調(diào)節(jié)振動頻率，當(dāng)振簧片達到某一頻率（或其整數(shù)倍頻率）時，會引起整個振動源（包括弦線）的機械共振，從而引起振動不穩(wěn)定。此時，可逆時針旋轉(zhuǎn)面板上的輸出信號幅度旋鈕，減小振幅，或避開共振頻率進行實驗。4. 部分測量記錄表示例(1) 測定橫波的波長與弦線中的張力的關(guān)系取波源振動頻率100.00Hz。為砝碼加掛鉤的質(zhì)量，L為產(chǎn)生駐波的弦線長度，為在L長度內(nèi)的半波長數(shù)。表1 給定頻率下的實驗原始數(shù)據(jù)表/10-3KgL/10-2m由表1計算得：表2 波長與弦線中張力的關(guān)系數(shù)據(jù)計算表/10-2m/Nloglog(