实验五 研究弦线上的驻波现象
实验05：驻波实验
实验内容
测定弦线的线密度 确定频率，改变张力，测量波速（作图） 确定张力，改变频率，测量波速
L = nλ / 2 (n = 1,2,3⋯)
演示动画
根据v=fλ，得 根据v=fλ，得
v = 2 Lf / n
(n = 1,2,3⋯)
v= T
2
又根据波动理论：
ρ
ρ =Байду номын сангаасT (n 2 Lf )
(n = 1,2,3⋯)
尝试寻找驻波
仪器结构，振源和传播 分别寻找单段、两段驻波 记录相关数据（频率、张力、长度） 如何改变条件？需要注意什么？
叠加后合成波形：
y = 2 A sin 2π ( x / λ ) × sin 2πft
出现驻波的条件
当 x = kλ / 2 时，y=0，波节。 时，y=0，波节。 当 x = (2k + 1)λ / 4 时，y=2A，波腹。 时，y=2A，波腹。 相邻波节或相邻波腹的间距均为λ/2。 相邻波节或相邻波腹的间距均为λ/2。 固定均匀弦线上出现驻波的条件：
实验5 实验5：驻波实验
一、弦振动实验
简单地给波分类
机械波和电磁波。 横波：水面波，光波。 纵波：声波。 驻波：特殊地振动形式。特点？
均匀弦线上的驻波
两列波：振幅、频率、振动方向，相向而行。
y1 = A cos 2π ( ft − x / λ ) y2 = A cos[2π ( ft + x / λ ) + π ]
弦线上的驻波实验报告
弦线上的驻波实验报告实验目的：本实验旨在通过弦线上的驻波实验，探究驻波现象的形成原理、规律及其对弦线振动的影响，并验证速度与频率间的关系。
实验原理：当一条细弦被两端固定在同一平面上并被同时激发振动时，产生的波将在弦线中心线形成驻波现象。
驻波是指一种波介质内相互干涉而组成的新波型，其节点为波动振幅为零的位置，而能量密集的地方则称为“腹部”。
在本实验中，采用电机定频源提供频率固定的正弦波，通过弦线与尺子固定杆相连，将激发振动的弦线的一端固定在定频源的振荡器，另一端则通过弹簧卡子连接负载挂钩。
实验步骤：1. 将弦线端点固定在振荡器上。
2. 将弦线另一端通过弹簧卡子连接负载挂钩，并将这一侧的弹簧略作松弛。
3. 调整负载挂钩的位置，使弦线尽量处于水平状态，且不接触实验台面或其他辅助器材。
4. 将电机定频源开启，并设置适当的频率和振幅。
5. 小心调整弦线的张力使其产生不同的谐波现象，用尺子测量不同谐波的长度，并记录频率和波长数据。
6. 重复以上步骤，记录不同频率的波长数据。
实验结果与分析：根据数据统计结果，可以得出以下结论：1. 弦线上的驻波现象存在多种谐波。
除基波外，第一个、第二个、第三个谐波的频率和波长分别为基频的2倍、3倍、4倍。
2. 驻波的波长与频率成反比例关系，即波长越短频率越高，波长越长频率越低。
3. 改变弦线长度对于谐波的产生和振动特征会产生影响，当弦线长度为一定值时，谐波现象最明显且出现密集的腹部。
结论:弦线上驻波的实验过程非常简单，但却蕴含着丰富的物理原理。
通过本实验，我们可以更好地掌握驻波现象的形成规律和相互关系，并得到了直观的实验数据验证。
弦线上的驻波实验实验报告
弦线上的驻波实验实验报告实验目的：本实验的目的是通过弦线上的驻波实验，探究驻波的特性及其与弦线长度、振动频率和弦张力的关系。
同时，通过实验观察驻波现象，进一步理解波动的基本原理。
实验原理：驻波是指两个相同频率、振幅相等且沿相反方向传播的波相遇后在同一空间内定向干涉而形成的波动现象。
在弦线上，当两个反向传播的波相遇时，由于波在相接处的叠加，会产生节点和腹部。
节点是波的振动幅度为零的位置，腹部则是波的振动幅度最大的位置。
驻波的性质与弦线的长度、振动频率和弦张力密切相关。
根据弦线的特性，我们可以通过改变弦线的长度、振动频率和弦张力来观察驻波的变化情况。
实验步骤：1.准备实验装置，将一根细弦拴在平直的固定支架上，并通过转动装置与信号发生器连接。
2.设置信号发生器的频率为初始频率，并调整输出幅度使得弦线振幅合适，避免过大过小。
3.轻轻触碰弦线使其产生波动，并观察弦线上是否出现驻波现象。
如果出现驻波，继续调整信号发生器的频率，观察驻波的变化情况。
4.测量弦线上节点（振幅为零的点）的位置，并记录下来。
5.根据测得的节点位置，计算波长，并进一步计算弦线的线密度。
6.固定弦线一端的支架，并用一物体调整弦线的长度。
重复步骤3-5，记录下不同弦线长度下的节点位置，并计算波长。
7.固定弦线长度不变，调整信号发生器的频率，重复步骤3-5，记录下不同频率下的节点位置，并计算波长。
8.固定弦线长度和频率，逐渐调整弦线的张力，重复步骤3-5，记录下不同张力下的节点位置，并计算波长。
实验结果：在本次驻波实验中，我们通过改变弦线的长度、振动频率和弦张力，观察了驻波的变化情况，并记录了节点的位置，计算了波长。
实验讨论：根据实验结果可以得出以下结论：1.当弦线的长度改变时，驻波的节点位置也会发生相应的改变。
节点的位置与弦线长度成正比，即弦线长度越短，节点位置越靠近振动源。
2.频率的变化也会导致驻波节点位置的变化。
频率越大，节点位置越靠近振动源。
【精品】实验五研究弦线上的驻波现象
【精品】实验五研究弦线上的驻波现象驻波是一种有趣的物理现象，它是由细长的弦线受到压力，使弦线中的弹性能所激发的一种现象。
驻波现象在实际应用中有广泛的应用，如电缆、橡皮筋和钢琴弦等。
本实验主要是研究弦线上的驻波现象，了解它的物理原理,以便在工程上得到充分利用。
本实验采用的实验仪器为三维弦线测试仪、118型电涡流变换器和KE等加速度计、示波器和电子计等测量仪器设备。
实验在实验室室内进行，恒温恒湿，关闭门窗，防止来自外界的干扰。
弦线测试仪一端固定，另一端用直线电机使背部变换空载转子电流，使弦线产生张力和振动，从而产生驻波现象。
实验中，变速电机的转速可以通过直流电源精确控制，并通过测量转子电流来确定其张力状态。
测量弦线振动的加速度计采用的是KE-O等加速度计，它的量程依次为0 ~ 50 m/s2，精度是1%。
本实验采用的是脉冲输入法：利用示波器S-8082触发脉冲产生器，控制变速电机空载转子电流，使弦线振动，对弦线上产生的驻波现象进行测量。
实验中利用脉冲输入法激发弦线，使电压、电流和加速度同步测量，分析驻波现象，对驻波现象的特性进行了解、研究和验证。
实验结果表明，当弦线振动空载转子电流增加时，不同激振动幅度和频率的弦线振动均能产生驻波，频域结果显示弦线的驻波振动有伴有多个固定频率，其驻波曲线的峰值随着激振动参数的改变而改变，但其峰值的位置不变。
综上所述，本实验的结果验证了弦线的振动空载转子电流的变化确实可以影响弦线上的驻波现象，这有助于更深入地了解弦线上的驻波特性，从而为工程上实际应用提供一定的技术依据。
本实验尝试研究弦线上的驻波现象，获得了有效的结果。
弦线上的驻波实验报告
弦线上的驻波实验报告弦线上的驻波实验报告引言：驻波是一种在波动现象中常见的现象，它是由两个相同频率、相同振幅的波在相反方向上传播时发生干涉而形成的。
驻波现象在物理学中有着广泛的应用，特别是在声学和光学领域。
本实验旨在通过实验观察和分析弦线上的驻波现象，以加深对波动现象的理解。
实验装置：我们使用了一条长而细的弦线，将其两端固定在两个支架上，并通过一个发声装置产生频率可调的波动。
在弦线上设置了多个固定点，以便观察和测量驻波的节点和腹点。
实验步骤：1. 将弦线固定在支架上，确保其张力适中。
2. 打开发声装置，调节频率，使其产生合适的波动。
3. 观察弦线上的波动图像，并记录下节点和腹点的位置。
4. 改变频率，重复观察和记录，以获得更多的数据。
5. 根据观察到的数据，分析节点和腹点的位置与波长、频率之间的关系。
实验结果：通过实验观察和记录，我们得到了一系列驻波的节点和腹点位置的数据。
根据这些数据，我们可以发现节点和腹点之间的距离是波长的一半，即λ/2。
而频率与波长之间的关系可以通过以下公式表示：v = fλ，其中v为波速，f为频率，λ为波长。
讨论与分析：通过实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 驻波的节点和腹点位置与波长和频率之间存在确定的关系，即节点和腹点之间的距离为波长的一半。
2. 频率越高，波长越短，节点和腹点之间的距离越小。
3. 波速与频率和波长之间存在确定的关系，即波速等于频率乘以波长。
结论：通过这次实验，我们深入了解了弦线上的驻波现象，并通过实验数据得出了节点和腹点位置与波长、频率之间的关系。
这些结果对于进一步研究波动现象和应用驻波在实际生活中具有重要的意义。
实验的局限性和改进：在本次实验中，我们只观察了弦线上的驻波现象，没有涉及其他形式的波动。
为了更全面地了解波动现象，可以进一步研究其他类型的波动，如声波和光波。
此外，由于实验条件的限制，我们只能在有限的频率范围内进行观察和记录，为了得到更全面的数据，可以使用更高精度的实验装置。
弦上驻波实验-实验报告
实验名称：弦上驻波实验目的要求（1）观察在两端被固定的弦线上形成的驻波现象。
了解弦线达到共振和形成稳定驻波的条件。
（2）测定弦线上横波的传播速度。
（3）用实验的方法确定弦线作受迫振动时的共振频率与驻波波长，张力和弦线线密度之间的关系。
（4）对（3）中的实验结果用对数坐标纸作图，用最小二乘法作线性拟合和处理数据，并给出结论。
仪器用具弦音计装置一套（包括驱动线圈和探测器线圈各一个，1Kg砝码和不同密度的吉他线,信号发生器，数字示波器，千分尺，米尺）。
实验原理：1.横波的波速横波沿弦线传播时，在维持弦线张力不变的情况下，横波的传播速度v与张力F T及弦线的线密度（单位长度的质量）p之间的关系为：2.两端固定弦线上形成的驻波考虑两列振幅，频率相同,有固定相位差，传播方向相反的间谐波u i（x,t）=A cos( kx - wt -扪和 U2 (x, t) = A cos( kx+ st)。
其中k 为波数，© 为 u i 与 U2 之间的相位差叠加，其合成运动为:t t) + 就0 = 2J1 cos(fcx —-)cos(wf + )由上可知，时间和空间部分是分离的，某个x点振幅不随时间改变:川£)= \2A cos(A-.r —<振幅最大的点称为波腹，振幅为零的点，为波节，上述运动状态为驻波。
驻波中振动的相位取决于cos(kx- ©/2)因子的正负，它每经过波节变号一次。
所以，相邻波长之间各点具有相同的相位，波节两侧的振动相位相反，即相差相位n。
对两端固定的弦(长为L),任何时刻都有：O J1 + T' ?._G—及则rns( —= 0=Or 则cu^(kL—^) = 0由上式知，© = n意味着入射波U1和反射波U2在固定端的相位差为n，即有半波损。
©确定后，则有kL = n冗(n = 1 , 2, 3, 4)或入=2 +，驻波的频率为：, a kt vf = — = — = n -J2TT刼2Lfn三讪三"金=(佥)£式中f i为基频，f n (n>1 )为n次谐波。
实验五驻波实验
实验五 驻波实验
一、实验内容与数据处理
砝码盘的质量M=16.40g ，重力加速度g=9.82/s m 1、测定弦线的线密度
频率f=100Hz ，张力T 由40g 砝码和砝码盘一起产生，调节劈尖A 、B 之间的距离，使弦线上依次出现n=1，n=2，n=3个驻波段，记录相应的弦长L 。
求线密度ρ的平均值。
密度
频率f=75Hz ，砝码盘内依次放入10g 、20g 、30g 、40g 、50g 砝码以改变张力T 。
调节劈尖A 、B 之间的距离，使弦线上出现n=1，n=2个驻波段，记录相应的弦长L 。
求出弦线上的横波速度v ，并用毫米方格纸作T —v 2拟合直线图，求出线密度ρ。
从图中数据可知ρ=1.5512410-⨯Kg/m ，与实验一内容基本符合
3、确定弦线张力，改变频率，测量弦线上的横波速度
在砝码盘内放置10g砝码，频率f分别设置为50Hz、75Hz、100Hz、125Hz、150Hz，调节劈尖A、B之间的距离，使弦线上出现n=1，n=2个驻波段，记录
二、分析与讨论
1、在移动劈尖调整驻波时，磁钢应在两劈尖之间，且不能处于波节位置。
2、改变挂在弦线一端的砝码后，要使砝码稳定后再测量。
3、驻波波形稳定且振幅最大时，记录数据。
弦线上的驻波实验实验报告
弦线上的驻波实验实验报告
弦线上的驻波实验：目的与意义
弦线上的驻波实验是一种特殊的物理实验，旨在让学生们了解驻波现象。
驻波是指一种波在传播过程中，由于遇到了阻碍物体的振动，使得波被反射回来的现象。
在这个实验中，学生们将通过对弦线的拉力与振动，观察到驻波现象及其表现形式。
实验过程：
实验中，我们选取了一根粗细均匀的单丝线，并在其一端固定了一个小挂钟。
随着单丝线的振动，我们逐渐对它施加张力，使其与弦线之间的距离不断变化。
在实验过程中，我们发现当单丝线越接近中性位置，张力对其产生的影响越大。
现象观察：
随着张力的逐渐增加，单丝线上的波节越来越短，而波峰变得越来越长。
当张力达到一定程度时，单丝线上的波节和波峰相互叠加，形成明显的驻波现象。
此时，我们可以清楚地看到到波的振幅逐渐增大，而周期却逐渐减小。
结论分析：
弦线上的驻波实验，让我们深入了解了驻波现象及其产生的影响。
通过这一实验，我们可以更好地理解弦线上的波动，并认识到驻波现象在实际应用中的重要性。
例如，在声学领域，驻波现象被广泛应用于声卡、话筒等设备中，以保证信号的稳定传输。
总之，弦线上的驻波实验是一种非常有意义的物理实验，它不仅可以帮助我们更好地理解弦线上的波动，还可以激发我们对物理学的兴趣。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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T ，线密度为μ，则沿弦线传播的横波应满足下述运动方程：
2
222x y
T t y ∂∂=∂∂μ (1) 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(1)式与典型的波动
方程 2
2
222x y V t y ∂∂=∂∂ 相比较，即可得到波的传播速度: μ
T
V =
若波源的振动频率为f ，横波波长为λ，由于λf V =，故波长与张力及线密度之间的
关系为：
μ
λT
f
1=
(2)
为了用实验证明公式(2)成立，将该式两边取对数，得：
f T lo
g log 2
1
log 21log --=
μλ 若固定频率f 及线密度μ，而改变张力T ，并测出各相应波长λ，作log λ-log T 图，若得一直线，计算其斜率值（如为
2
1），则证明了λ∝21T 的关系成立。
同理，固定线密度μ及张力T ，改变振动频率f ，测出各相应波长λ，作log λ-log f 图，如得到斜率为-1的直线则验证了λ∝f -1。
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，一维驻波是波干涉中的一种特殊情形。
在弦线上出现许多静止点，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
λ 图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，在砝码盘上添加不同质量的砝码，以改变同一弦上的张力。
每改变一次张力(即增加一次砝码)，均要左右移动可动滑轮○5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L 值，即可根据式(3)算出波长λ。
作log λ-log T 图，求其斜率。
（2）验证横波的波长与波源振动频率的关系
在砝码盘上放上一定质量的砝码，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log λ-log f 图，求其斜率。
最后得出弦线上波传播的规律结论。
2.选做内容
验证横波的波长与弦线密度的关系
在砝码盘上放固定质量的砝码，以固定弦线上所受的张力，固定波源振动频率，通过改变弦丝的粗细来改变弦线的线密度，用驻波法测量相应的波长，作log λ-log μ图，求其斜率。
得出弦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围有多大？
2.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？
3.如何来确定弦线上的波节点位置？
4.两波节点间的距离意味着什么？
5.实验中如何改变弦线的张力？
6.弦线上的张力变化后对得到的波长有什么影响？
7.弦线的密度变化后对得到的波长有什么影响？
8.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3所示）。
面板上数码管○5显示振动源振动频率×××.××Hz。
根据需要按频率调节○2中▲（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，可按面板上复位键○3复位，数码管显示全部清零。
图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，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，在砝码盘上添加不同质量的砝码，以改变弦线上的张力。
每改变一次张力，均要调节可动滑轮的位置，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、砝码质量、产生整数倍半波长的弦线长度及半波波数。
4.同样方法，可固定砝码盘上的砝码质量，改变振动源频率，进行类似的实验。
5.频闪仪的使用：
（1）频闪仪后面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”按钮连续可调。
读数误差< 0.2%。
（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。
（4）频闪稳定度≤0.1%。
闪光持续时间为100微秒。
每次发光能量约为0.6焦耳。
闪光次数大于百万次。
（5）供电电源为220V、50Hz、耗电功率<75W。
附二：操作注意事项
1.实验中，要准确求得驻波的波长，必须在弦线上调出振幅较大且稳定的驻波。
在固定频率和张力的条件下，可沿弦线方向左、右移动可动滑轮⑤的位置，找出“近似驻波状态”，然后细细移动可动滑轮位置，逐步逼近，最终使弦线出现振幅较大且稳定的驻波。
2.调节振动频率，当振簧片达到某一频率（或其整数倍频率）时，会引起整个振动源（包括弦线）的机械共振，从而引起振动不稳定。
此时，可逆时针旋转面板上的输出信号幅度旋钮，减小振幅，或避开共振频率进行实验。
3. 频闪仪需要增加灯的亮度时可以短时置于“1”的位置，否则影响灯的寿命；如发现灯管工作不正常时，请关机稍等片刻再开启。