实验一 弦线上的驻波实验
在自然现象中,振动现象广泛地存在着,振动在媒质中传播就形成波,波的传播有两种形式:纵波和横波。驻波是一种波的干涉,比如乐器中的管、弦、膜、板的共振干涉都是驻波振动。
一、 实验目的
1. 观察在弦线上形成的驻波;
2. 频率不变时,验证横波的波长与弦线中张力的关系;
3. 张力不变时,验证横波的波长与波源振动频率的关系。
二、 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:
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在自然现象中,振动现象广泛地存在着,振动在媒质中传播就形成波,波的传播有两种形式:纵波和横波。驻波是一种波的干涉,比如乐器中的管、弦、膜、板的共振干涉都是驻波振动。
一、 实验目的
二、 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:
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实验题目:横波在弦线上的传播规律
一、实验目的
1.观察弦线上形成的驻波,用实验验证在频率一定时,驻波波长与张力的关系;
2.在张力不变时,验证驻波波长与振动频率的关系;
3.学习对数作图或最小二乘法进行数据处理;
二、实验仪器
可调频率的数显机械振动源、平台、固定滑轮、可调滑轮、砝码盘、米尺、弦线、砝码、电子秤等
三、实验原理
在一根拉紧的弦线上,沿弦线传播的横波满足运动方程:
(1)
将该式与典型的波动方程比较,可得波的传播速度:,其中T为张力,线密度. 若波源的振动频率为f, 则横波的波长:
(2)
两边取对数,得
若固定频率f和线密度,改变张力T,并测出各相应波长,作,若得一直线,计算其斜率值,(如为1/2),则证明的关系成立。同理,固定线密度和张力T,改变振动频率f,测出相应波长,作,如得一斜率为-1的直线就验证了。
弦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。弦线上出现的静止点,称为波节,相邻两波节的距离为半个波长。若观察到在长为L的弦上有n个驻波,则波长=2L/n。
四、实验内容与步骤
1. 验证频率一定时,横波波长与弦线上张力的关系
选定一个波源振动频率并记录,改变砝码盘上所挂砝码的个数以改变张力(5次)。每改变一次张力,均要移动可动滑轮的位置,使弦线上出现稳定且幅度比较大的驻波。记录频率值,两支架间的距离L, L上所形成的半波数的个数n,以及砝码与砝码盘的总质量。
计算出波长(利用公式=2L/n),张力(砝码与砝码盘所受的重力),作log- logT图,计算其斜率,并于理论值比较。
2. 验证张力一定时,横波波长与波源频率的关系
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实验3弦线上驻波实验
一 实验目的
1.观察在弦上形成的驻波,并用实验确定弦线振动时驻波波长与张力的关系;
2.在弦线张力不变时,用实验确定弦线振动时驻波波长与振动频率的关系;
3.学习对数作图或最小二乘法进行数据处理。
二 实验仪器
FD-SWE-II 弦线上驻波实验仪1套
弦线 1根
砝码与砝码盘1套
三 实验原理
图1 仪器结构图
1、可调频率数显机械振动源;2、振动簧片;3、弦线;4、可动支架;5、可动刀口支架;6、标尺;7、固定滑轮;8、砝码与砝码盘;9、变压器;10、实验平台;11、实验桌
如图1一根线密度为的拉紧的弦线,一端与振源相连,另一端跨过滑轮挂上一定质量的砝码,使其受张力为。这样,在振源的带动下, ④—⑤之间可观察到明显的驻波,若波源的振动频率为,横波波长为,弦线密度为,弦线受张力为则它们之间满足如下关系:
(1)
分析:如果固定、,改变,并测出各相应波长,作log-log图,若得一直线,计算其斜率值(如为),则证明了∝的关系成立。如果固定μ、,改变,测出各相应波长,作log-log图,如得一斜率为-1的直线就验证了∝-1。本实验就是验证以上两项是否成立。
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实验目的:
1、观察弦振动及驻波的形成;
3、在振动源频率不变时,用实验确定驻波波长与张力的关系;
4、在弦线张力不变时,用实验确定驻波波长与振动频率的关系;
4、定量测定某一恒定波源的振动频率;
5、学习对数作图法。
实验仪器:
弦线上驻波实验仪(FD-FEW-II型)包括:可调频率的数显机械振动源、平台、固定滑轮、可动刀口、可动卡口、米尺、弦线、砝码等;分析天平,米尺。
实验原理:
如果有两列波满足:振幅相等、振动方向相同、频率相同、有固定相位差的条件,当它们相向传播时,两列波便产生干涉。一些相隔半波长的点,振动减弱最大,振幅为零,称为波节。两相邻波节的中间一点振幅最大,称为波腹。其它各点的振幅各不相同,但振动步调却完全一致,所以波动就显得没有传播,这种波叫做驻波。驻波相邻波节间的距离等于波长 λ 的一半。
如果把弦线一端固定在振动簧片上,并将弦线张紧,簧片振动时带动弦线由左向右振动,形成沿弦线传播的横波。若此波前进过程中遇到阻碍,便会反射回来,当弦线两固定端间距为半波长整数倍时,反射波与前进波便形成稳定的驻波。波长 λ、频率 f 和波速V满足关系: V = f λ (1)
又因在张紧的弦线上,波的传播速度 V 与弦线张力T及弦的线密度 μ 有如下关系: (2)
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微波特性测量实验
一、 实验目的
1、了解微波测试系统的组成及各部分的作用,正确使用实验仪器。
2、了解微波信号源的工作方式及信号的检测方法。
3、熟练掌握交叉读数法测量波导波长的方法。
4、了解测量线调整和使用方法。
5、通过测量观察测量线终端接不同负载(短路、开口、匹配负载、晶体检波器)时系统中形成的驻波分布情况。
6、掌握直接法测量负载驻波比。
二、 实验原理
微波测试系统
微波测试系统通常有同轴和波导两种系统。同轴系统频带宽,一般用在较低的微波,频段(2cm波段以下);波导系统(常用举行波导)损耗低、功率容量大一般用在较高频段(厘米波直至毫米波段)。
微波测试系统通常由三部分组成,如图1-2所示。
PX-16 频率计
框图中的频率计准确的说是一种谐振式波长表,是利用微波谐振腔体制作而成,可分为吸收式和传输式两大类。在实验中,当吸收式波长表与信号源产生的微波信号频率共振时,将从电路中吸收最大的能量,此时,系统中通过波检波指示最小,在表上可以直接读出其共振0 值。本实验时采用 一种吸收式频率计 ,测量频率范围为8.2GHz~12.4GHz,利用圆柱形谐振腔的工作原理,直接标记频率度,在用它测量频率过程中,只需要缓慢旋动套筒,当在选频放大器上观察到信号大小发生变化或者在示波器上观察到吸收峰时,可以确定此时圆柱形谐振腔的固有频率与系统的工作频率相同,从频率计上读出的频率值即为信号源的工作频率。读取频率值时,在两条水平线之间读取竖向红线处的频率值
TC26 测量线
是属于波导型测量线,它是利用波导宽边正中间壁电流分布的特点沿纵向开槽,外加探针通过开槽深入波导系统中提取能量。在测量线上有确定探针位置的刻度尺,进行测量时,旋动旋钮,移动探针,探针从波导中提取的能量通过微波检波器进行检波,从而可以用示波器、选频放大器或者直流电流表进行检测与指示。通常探针的穿伸度及调谐装置均已调整好,不宜轻易变动。
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实验五 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.改变弦线张力后,研究弦线振动时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、砝码盘、米尺、弦线、砝码、频闪灯、分析天平等。见图1
图1 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 8.砝码与砝码盘 9.变压器 10.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:
(1)
式中x为波在传播方向(与弦线平行)的位置坐标,为振动位移。将(1)式与典型的波动方程
相比较,即可得到波的传播速度:
若波源的振动频率为,横波波长为,由于,故波长与张力及线密度之间的关系为:
(2)
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圆形驻波演示实验报告
实验名称:
圆形驻波演示实验
实验目的:
观察竖直放置的钢丝圆环因驻波引起的振动状态。
实验原理:
驻波是由于两列振动方向相同,传播方向相反的同频率的行波叠加而产生的想象。两列波叠加使物体产生新的振动状态,即波的传播运动消失,质点只在固定位置做同频同相位振动。两列波叠加向抵消的位置称为波节,波节两侧振动方向相反,相位相差?。振动最剧烈的位置称为波腹。相邻的波腹或波节间的距离相等为?。 2
实验器材:
环形驻波演示仪,电源
实验步骤:
1、检查钢丝圆环,使环面处于竖直平面内面向操作者(现象更明显),确定钢丝圆环与振源牢固连接。
2、将演示仪接入电源,将振动频率和输出电压调至最小,打开电源。
3、等待圆环的振动达到稳定状态,观察圆环的振动情况。
4、缓慢调节振动频率,观察圆环中出项的波节与波腹的位置与个数。
5、关闭电源,将振动频率和电压调至最小。整理实验器材。
实验现象:
接通电源后,振源振动带动圆环振动。圆环并不以波的形式振动,而是出现固定的静止点以及振幅最大点分别称为波节和波腹,这些波节和波腹之间的距离是相等的。波节两侧的振动频率相同相位相同,方向相反。波节之间的质点同时达到最高点或最低点,且振幅称三角函数式分布。缓慢调节振源频率,波节个数与位置改变。改变电源电压,圆环振动幅度随之改变。
想象分析:
圆环下侧的振源振动,在圆环上产生两列分别向逆时针与顺时针方向振动的波。两个波除传播方向相反外其他属性相同。两列波叠加,如果圆环长度刚好满足
l?n?,则会产生稳定的驻波想象。改变振动频率,波长改变且恰好再次满足l?n?时则会产生新的驻波。改变电源频率则改变振源的振幅,驻波的振幅同样会改变。
注意事项:
1、振动频率与输出电压不可过大,否则会导致圆环振段伤人。
2、产生稳定的驻波需要时间,调节频率时要缓慢。
驻波的应用:
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FD-SWE-II
弦线上驻波实验仪
说
明
书
上海复旦天欣科教仪器有限公司
中国 上海
一、概述
弦线上波的传播规律的研究是力学实验中的一个重要实验,并被列入全国综合性大学物理实验教学大纲中的一个必做实验。本仪器重点观测在弦线上形成的驻波,并用实验确定弦振动时,驻波波长与张力的关系,驻波波长与振动频率的关系,以及驻波波长与弦线密度的关系。掌握驻波原理测量横波波长的方法。这种方法不仅在力学中有重要应用,在声学、无线电学和光学等学科的实验中都有许多应用。FD-SWE-II型弦线上驻波实验仪与原有电动音叉驱动的弦振动实验仪相比具有以下优点:(1)采用单片机控制振动频率,电磁驱动振动簧片作振动源,该振动源具有频率变化范围较大,可连续微调振动频率等特点。可用于弦产生驻波时研究波长与振动频率、波长与张力的关系,扩大了实验内容。
(2)振动频率由数码管直接显示,频率数据稳定可靠。(3)弦振动实验在一个专门设计的实验平台上进行,该实验平台结构美观、牢靠。驻波波节位置可通过专用支架(支点为滑轮轴心位置或刀口位置)的标志线对准的标尺读数求得,标志线和标尺在同一平面上可消除读数视差。由于弦上驻波实验的频率、张力和线密度均可改变,因而实验内容丰富,有利于实验者研究弦线上横波的传播规律和驻波的特点与应用,是体现现代技术的新型物理实验教学仪器。本仪器可用于高校及中专学生的基础物理实验,也可用于做课堂演示实验。
二、仪器组成和技术参数
1、输入交流电压:220V±10%;50Hz
2、输出直流电压:9V/13V; 0.5A
1 FD-SWE-II 弦线上驻波实验仪
3、可调频率的数显机械振动源:频率调节范围0-200Hz连续可调;可调频率0.01Hz。可根据输出振幅需要,连续调节振动振幅。可调节频率的数显机械振动源由变压器、单片机控制电磁驱动振动簧片、频率调节按键、振幅调节旋钮组成(顺时针增加幅度)。
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