核心实践2:研究波动特性
设备清单
- 决议测量设备:
- 米尺= 1毫米
- 秒表= 0.01秒
- 信号发生器~ 10 nHz
实验一:波纹池中的水波
实验目的
- 通过观察波纹池中的水波来测量频率、波长和波速
变量
- 独立变量=频率,f
- 因变量=波长λ
- 控制变量:
- 水深相同
- 水温相同
方法
建立波纹池,研究波动特性
- 如图所示设置设备,并在波纹槽中装满水,深度不超过1厘米
- 打开电源和光源,在屏幕上产生波浪图案
- 波的波长可以通过用尺子测量屏幕的长度,并用这个距离除以波阵面的数量来确定
- 频率可以通过计算给定数量的波通过特定点所需的时间,并将波阵面的数量除以所需的时间来确定
- 在表格中记录频率和波长并重复测量
- 数据收集表示例如下所示:
结果分析
- 波的速度可以用下面的公式来确定:
波速=频率×波长
V = fλ
- 地点:
- v波速(米/秒)
- f频率,单位为赫兹(Hz)
- λ =波长(米)
实验二:振动弦上的静止波
实验目的
- 测量:通过观察拉伸的弦或弹性绳上的波来测量频率、波长和波速
变量
- 独立变量=频率,f
- 因变量=波长λ
- 控制变量:
- 相同的字符串
- 同样的质量附着在弦上
- 相同长度的字符串
方法
研究振动弦的波动特性的装置的建立
- 如图所示设置仪器,然后调整信号发生器的频率,直到产生静止波
- 一旦产生了固定波,记录信号发生器上显示的频率
- 用尺子测量波长,测量的长度将取决于产生的静止波的数量。或者测量多个波长的长度,然后除以所看到的波长的数量
- 通过调整频率重复这一过程,直到产生另一个静止波
测量静止波波长的指南
- 数据收集表示例如下所示:
结果分析
- 每个波的速度可以用下面的公式来确定:
波速=频率×波长
V = fλ
实验评估
系统误差:
- 当波阵面移动时,很难识别它们
- 使用频闪仪(闪光)与波的频率相匹配,这将表明波似乎是静止的
- 频率可以从频闪仪的频率设置中读取,当波看起来静止时,波长将更容易确定
- 为了提高纹波池中波长测量的精度:
- 测量若干个波(例如5个),然后将距离除以波的数量
- 为提高纹波池测频精度:
- 测量更长的时间段(例如一分钟),然后用波的数量除以时间
- 在重复测量驻波频率时,最佳程序如下:
- 当观测到最大振动时,确定固定波的频率,并记下此时的频率
- 增加频率,然后逐渐降低频率,直到再次清晰地观察到静止波,并记录此频率
- 如果重复读数三次,再重复此步骤
- 平均三个读数,然后进行下一个测量
安全注意事项
- 在靠近水和电的地方工作时应小心
- 粗心大意可能导致触电
- 在实验附近不得进食或饮用任何食物或饮料
- 如果使用频闪灯来更清楚地看到波前,确保房间里没有人患有光敏性癫痫
- 在整个实验过程中一定要站起来,以便对任何泄漏做出快速反应
- 用橡胶线代替金属线,以防它在张力下断裂
- 戴上护目镜,以防绳子折断,保护眼睛
- 站得离人群远一点,以防他们摔到地上
- 在物体下面放置一个垫子或任何柔软的表面以防止他们下落