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时间:2018-11-12
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1、水波盘【实验目的】利用水波的投影显示波的形成、传播、反射、干涉和衍射等的形象。【实验器材】水波盘演示仪,如图20-1所示。有水槽、振动源、光源、各种振子(包括单振子、双振子、平面波振子)及挡板2块。水槽及壳体水槽是用底部装有密封、透明玻璃的不锈钢盆制成。壳体用金属材料制成,上面放有水槽,正面竖直安装毛玻璃,作为水波投影的屏幕。框架内部倾斜45°装有平面镜,用来反射水面的影象到屏幕上,底部装有变压电源,后面装有一立杆。立杆上端安装光源盒,中部安装振动源盒,在立杆的中部开有长槽孔,用来调节振动源盒的高度。振动源振动源采
2、用电磁、激励式。它是由电磁铁、电位器、振杆、振子、主板等组成。振频调节是一个与电磁铁线圈串联的可调电阻,控制其电流以改变振动的频率。调节振幅螺丝,可使投影波形的清晰度达到最佳。振动源盒后面有一插孔,使用时与光源盒插头相接。光源光源为盒式机械遮挡频闪光源,灯泡为12V100W幻灯机溴钨灯,频闪器是由直流微型电动机驱动一个可旋转的遮挡叶片,使其遮光次数为50—60次/秒。盒的顶部开有散热窗,当电机旋转时,带动遮光叶片,驱动盒内热空气排除盒外,使之降温。图20-1【实验原理】两列同频率、振动方向相同、相差恒定的波在某一区
3、域相遇,会产生干涉现象。有的地方振动始终干涉加强,有的地方干涉减弱。理论计算表明,干涉加强与干涉减弱由下式确定:(20-1)其中,,为波长。【实验操作与现象】1.准备工作(a)在水槽内注3—8mm深的清水,充分湿润水槽四周及实验用的附件。(b)将振荡波所需的振子固定在承接块上,调节振动源盒的高度,使振子插入水面1-2mm。(c)先把光源电源插头、直流电源插头及振源插头插入到相对应的插座中,再插上交流220伏输入电源插头。2.实验操作(a)圆形波将单振子固定在承接块上,打开电源开关,溴钨灯亮,遮光叶轮转动,振杆弹动,
4、屏幕上即显示图象,为圆形波,如图20-2所示。根据实验需要调节振频旋扭,当振动次数与光源频闪次数一致时,水波在屏幕上的图象是处在静止状态;当振动次数大于频闪次数时,水波在屏幕上的图象是扩散状态;当振动次数小于频闪次数时,水波投影图象为收缩状态。如果水波投影图象不清晰时,慢慢调节振幅螺丝,直至清晰。图20-2(a)是一次间歇振动所形成的波纹。图20-2(b)是连续振动所形成的波纹(a)(b)图20-2(b)波的衍射按(a)上述方法调整好圆形波后,将两块挡板一字形放在离振中心约20mm处,两块挡板缝隙距离接近波长,然后
5、调整挡板间隙距离,则可见到不同的衍射投影图象。(c)双振子干涉波把单振子取下,将双振子固定好,可看到明显的干涉波形投影图象,如图20-3所示。如果水波投影图象不清晰时,慢慢调节振幅螺丝,直至清晰。(d)平面波把双振子取下,将平面振子固定好,使振子的平面与水平面平行,相交处要充分湿润,否则投影图象将略有弯曲。波形图如图20-4所示。图20-3图20-4(e)波的反射在平面波前45°斜放直挡板,即可看到平面反射波的投影图象。【注意事项】1.因溴钨灯工作时产生大量的热能,故实验时间较长时,不要碰触光源盒以免烫伤。2.水槽
6、加水时不要过满,以免水溢出水槽,淋湿框内的电源变压器,损坏仪器。3.输入电源电压不稳定时,暂时不要开机。4.实验结束后,将振杆还原在自由状态。
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