實(shí)驗(yàn)5研究弦線上波的傳播規(guī)律

1、實(shí)驗(yàn)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(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波，電磁振動(dòng)的傳播形成電磁波，它們的傳播機(jī)制雖不相同，但卻具有相似的規(guī)律性。對(duì)機(jī)械波的研究是研究此類(lèi)物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)、波速的測(cè)量，從而進(jìn)一步研究相關(guān)物理量間的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 觀察在弦上形成的駐波，并用實(shí)驗(yàn)確定弦線振動(dòng)時(shí)駐波波長(zhǎng)與張力的關(guān)系。2. 在弦線張力不變時(shí)，用實(shí)驗(yàn)確定弦線振動(dòng)時(shí)駐波波長(zhǎng)與振動(dòng)頻率的關(guān)系。3. 測(cè)定橫波的波長(zhǎng)與弦線密度的關(guān)系（選作）。4. 學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)作圖或

2、最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。【實(shí)驗(yàn)儀器】1. 可調(diào)頻率的數(shù)顯機(jī)械振動(dòng)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)（鋁合金型材）長(zhǎng)1500mm，寬80mm，高40mm。3. 可滑動(dòng)支架1只，可動(dòng)刀口支架1只，滑輪的軸心(刀口)與支架底片的左側(cè)邊對(duì)齊，讀數(shù)時(shí)支架可鎖緊固定。4. 固定滑輪1個(gè)。5. 砝碼盤(pán)1個(gè)。6. 砝碼6個(gè)，砝碼質(zhì)量：45.000.04g /個(gè)。7. 銅線（漆包線）3米，線徑0.35mm?！狙芯?jī)?nèi)容與方法】1. 調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置使弦線上形成穩(wěn)定駐波，觀察并熟悉波長(zhǎng)（或半波長(zhǎng)）測(cè)量方法。2. 尋找并確定能影響波長(zhǎng)的物理量。3. 改變與波長(zhǎng)有關(guān)的一個(gè)物理量（其

3、他相關(guān)物理量保持不變），精測(cè)波長(zhǎng)與該量的關(guān)系。4. 依次測(cè)波長(zhǎng)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?jī)?nèi)容要求制定實(shí)驗(yàn)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(jì)算器處理）分別找出波長(zhǎng)（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(cè)波長(zhǎng)時(shí)為何要測(cè)多個(gè)半波長(zhǎng)的總長(zhǎng)？2. 為便于作圖，測(cè)量點(diǎn)分布要合理。你如何合理地確定測(cè)量點(diǎn)？3. 若實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)裝置如圖16-1所示1.可調(diào)頻率數(shù)顯機(jī)械振動(dòng)源 2.振簧片 3.弦線 4.可動(dòng)口支架 5.可動(dòng)

4、滑輪支架 6.標(biāo)尺 7.固定滑輪 8.砝碼與砝碼盤(pán) 9.變壓器 10.實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 11.實(shí)驗(yàn)桌圖16-1實(shí)驗(yàn)裝置圖金屬弦線的一端系在能作水平方向振動(dòng)的可調(diào)頻率數(shù)顯機(jī)械振動(dòng)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(guò)定滑輪懸掛一砝碼盤(pán)；在振動(dòng)裝置(振動(dòng)簧片)的附近有可動(dòng)刀口，在實(shí)驗(yàn)裝置上還有一個(gè)可沿弦線方向左右移動(dòng)并撐住弦線的動(dòng)滑輪。這兩個(gè)滑輪固定在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，其產(chǎn)生的摩擦力很小，可以忽略不計(jì)。若弦線下端所懸掛的砝碼（包含砝碼盤(pán)）的質(zhì)量為，張力。當(dāng)波源振動(dòng)時(shí)，即在弦線上形成向右傳播的橫波；當(dāng)波傳播到可動(dòng)滑輪與弦線相切點(diǎn)時(shí)，由于弦線在該點(diǎn)受到滑輪兩壁

5、阻擋而不能振動(dòng)，波在切點(diǎn)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(dòng)端簧片與弦線固定點(diǎn)至可動(dòng)滑輪與弦線切點(diǎn)的長(zhǎng)度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，即可得到振幅較大而穩(wěn)定的駐波，振動(dòng)簧片與弦線固定點(diǎn)為近似波節(jié)，弦線與動(dòng)滑輪相切點(diǎn)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(cè)量弦上橫波波長(zhǎng)。由于簧片與弦線固定點(diǎn)在振動(dòng)不易測(cè)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)也可將最靠近振動(dòng)端的波節(jié)作為的起始點(diǎn)，并用可動(dòng)刀口指示讀數(shù)，求出該點(diǎn)離弦線與動(dòng)滑輪相切點(diǎn)距離。2. 使用方法(1) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(jī)上的航空座相連接。打開(kāi)數(shù)顯振

6、動(dòng)源面板上的電源開(kāi)關(guān)（振動(dòng)源面板如圖16-2所示）。面板上數(shù)碼管顯示振動(dòng)源振動(dòng)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(dòng)源的振動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)面板上幅度調(diào)節(jié)旋鈕，使振動(dòng)源有振動(dòng)輸出；當(dāng)不需要振動(dòng)源振動(dòng)時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(kāi)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(dòng)源面板圖(2) 在某些頻率，由于振動(dòng)簧片共振使振幅過(guò)大，此時(shí)應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)面板上的旋鈕以減小振幅，便于實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。不在共振頻率點(diǎn)工作時(shí)，可調(diào)節(jié)面

7、板上幅度旋鈕到輸出最大。(3) 固定振動(dòng)源的頻率，在砝碼盤(pán)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(dòng)滑輪的位置，使平臺(tái)上的弦線出現(xiàn)振幅較大且穩(wěn)定的駐波。此時(shí)，記錄振動(dòng)頻率.砝碼質(zhì)量.產(chǎn)生整數(shù)倍半波長(zhǎng)的弦線長(zhǎng)度及半波波數(shù)。(4) 同樣方法，可固定砝碼盤(pán)上的砝碼質(zhì)量，改變振動(dòng)源頻率，進(jìn)行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)。3. 操作注意事項(xiàng)(1) 要準(zhǔn)確求得駐波的波長(zhǎng)，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(dòng)可動(dòng)滑輪的位置，找出“近似駐波狀態(tài)”，然后細(xì)細(xì)移動(dòng)可動(dòng)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(dòng)頻率，當(dāng)振簧片達(dá)到某一頻率（或其整數(shù)倍頻率）時(shí)，會(huì)引起整個(gè)振動(dòng)源（包括弦線）的機(jī)械共振，從而引起振動(dòng)不穩(wěn)定。此時(shí)，可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)面板上的輸出信號(hào)幅度旋鈕，減小振幅，或避開(kāi)共振頻率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 部分測(cè)量記錄表示例(1) 測(cè)定橫波的波長(zhǎng)與弦線中的張力的關(guān)系取波源振動(dòng)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(zhǎng)度，為在L長(zhǎng)度內(nèi)的半波長(zhǎng)數(shù)。表1 給定頻率下的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)表/10-3KgL/10-2m由表1計(jì)算得：表2 波長(zhǎng)與弦線中張力的關(guān)系數(shù)據(jù)計(jì)算表/10-2m/Nloglog(