实验二研究弦线上的驻波现象

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1、实验2研究弦线上的驻波现象一、实验目的1.观察弦线上驻波的变化，了解并熟悉实验仪器的调整方法。2.研究弦线振动时的振动频率与振幅变化对形成驻波的影响。波长与张力的关系；3.在弦线张力不变时，研究弦线振动时驻波波长与振动频率的关系。4.改变眩线张力后，研究弦线振动吋驻波波长与振动频率的关系。二、仪器和用具可调频率的数显机械振动源、弦线支撑平台、固定滑轮、可调滑轮、舷码盘、米尺、弦线、舷码、频闪灯、分析天平等。见图2・1图2J仪器结构图1.可调频率数显机械振动源2.振簧片3.弦线4.可动刀口支架5.可动滑轮支架6标尺7.固定滑轮&舷码与舷码盘9.变压器10

2、.实验平台11•实验桌三、实验原理在一根拉紧的弦线上，其中张力为线密度为“，则沿弦线传播的横波应满足下述运动方程：(2-1)d2y_Td2y丽_“a?式中x为波在传播方向(与弦线平行)的位置坐标，y为振动位移。将(2・1)式与典型的波动方程V2d2ydx2相比较，即可得到波的传播速度：v=^~若波源的振动频率为/,横波波长为久，由于V=fA,故波长与张力及线密度之间的关系为:(2-2)为了用实验证明公式(2-2)成立，将该式两边取对数，得：log2=—logT-—log/z-logf若固定频率/及线密度“，而改变张力7并测出各相应波长久，作logA-

3、logT图，若得一直线，计算其斜率值(如为,则证明了2*7%的关系成立。同理，固定线密2度p及张力T,改变振动频率厂测出各相应波长2,作log2Jog/图，如得到斜率为・1的直线则验证了几f眩线上的波长可利用驻波原理测量。当两个振幅和频率相同的相干波在同一直线上相向传播时，其所叠加而成的波称为驻波，一维驻波是波干涉屮的一种特殊情形。在弦线上岀现许多静止点，称为驻波的波节，相邻两波节间的距离为半个波长。见图2・2。—2―2图2-2四、实验内容1.必做内容(1)验证横波的波长与弦线中的张力的关系固定一个波源振动的频率，在磁码盘上添加不同质量的祛码，以改变同

4、一弦上的张力。每改变一次张力(即增加一次磁码)，均要左右移动可动滑轮6的位置，使弦线出现振幅较大而稳定的驻波。用实验平台⑩上的标尺6测量厶值，即可根据式⑶算出波长久。作log2-logT图，求其斜率。（2）验证横波的波长与波源振动频率的关系在祛码盘上放上一定质量的祛码，以固定弦线上所受的张力，改变波源振动的频率，用驻波法测量各相应的波长，作log2-logf图，求其斜率。最后得出弦线上波传播的规律结论。1.选做内容验证横波的波长与弦线密度的关系在舷码盘上放固是质量的舷码，以固定眩线上所受的张力，固泄波源振动频率，通过改变弦丝的粗细来改变弦线的线密度，用

5、驻波法测量相应的波长，作logA-log//图，求其斜率。得出眩线上波传播规律与线密度的关系。五、思考题：1•可调频率数显机械振动源的振动频率调节范I韦I有多大？1.调节振动源上的振动频率和振幅大小后对弦线振动会产生什么影响？2.如何來确定弦线上的波节点位置？4.两波节点I'可的距离意味着什么？1.实验屮如何改变弦线的张力？2.弦线上的张力变化后对得到的波长有什么影响？3.弦线的密度变化后对得到的波长有什么影响？&频闪仪在调节时应注意些什么？9.频闪仪的作用是什么？附一：仪器的使用1•实验时，将变压器（黑色壳）输入插头与220V交流电源接通，输出端（五

6、芯航空线）与主机上的航空座相连接。打开数显振动源面板上的电源开关①（振动源面板如图2-3所示）。面板上数码管6显示振动源振动频率xxx.xxHzo根据需要按频率调节0中4（增加频率）或▼（减小频率）键，改变振动源的振动频率，调节面板上幅度调节旋钮4,使振动源有振动输出；当不需要振动源振动时，可按面板上攵位键3复位，数码管显示全部清零。（5）(D(2)(a)U)图2・3振动源面板图1.电源开关2、频率调节3、复位键4、幅度调节5、频率指示2.在某些频率，由于振动簧片共振使振幅过大，此时应逆时针旋转面板上的旋钮以减小振幅，便于实验进行。不在共振频率点工作时

7、，可调节面板上幅度旋钮4到输出最大。3.固定振动源的频率，在麻码盘上添加不同质量的耘码，以改变弦线上的张力。每改变一次张力，均要调节可动滑伦的位置，使平台上的弦线出现振幅较大且稳定的驻波。此时,记录振动频率、祛码质量、产生整数倍半波长的弦线长度及半波波数。4.同样方法，可固定祛码盘上的磁码质量，改变振动源频率，进行类似的实验。5.频闪仪的使用：（1）频闪仪后而板上的圆形开关应置于“0”的位置，即使灯在低亮度状态下工作。当实验中确实需要增加灯的亮度可在短时间内置于“1"的位置。（2）闪光频率范围为000.0-200.00Hz,按面板上的“升”、“降”按钮

8、连续可调。读数误差v0.2%。（3）触发方式有内触发或外触发两种，同时备有外触发讯号输入插口。