基础物理实验--关于弦振动的探究附图
《弦振动实验报告》

《弦振动实验报告》实验人:XXX实验日期:XXX实验目的:1. 通过观察弦线振动现象,掌握振动的基本特性;2. 探究弦线振动与振动频率、弦线长度、弦线张力、弦线质量等因素的关系。
实验器材:1. 弦线和支架;2. 弹性杆;3. 罗盘;4. 直尺;5. 引力秤;6. 钢球;7. 频率计。
实验原理:弦线的振动是一种机械波,具有波动的性质。
弦线的振动由波节和波腹组成,当弦线被扰动时,波从扰动点向两侧传播。
振动频率与弦线的长度、张力和质量有关。
实验步骤:1. 将弹性杆固定在支架上,将挂有钢球的弦线固定在弹性杆上,调整弹性杆的高度,使弦线平行于地面;2. 手按住弦线某一点,使其产生振动,用眼观察该点和其他点的振动现象;3. 使用频率计测量振动的频率;4. 改变弦线的长度,重复步骤2和3,记录频率和弦线长度的关系;5. 改变弦线的张力,重复步骤2和3,记录频率和张力的关系;6. 将钢球挂在弦线上,重复步骤2和3,记录频率和质量的关系。
实验结果:根据实验数据,绘制了频率与弦线长度、张力、质量的关系曲线。
实验结果表明,频率与弦线长度成反比关系,频率与弦线张力成正比关系,频率与弦线质量成反比关系。
实验结论:1. 弦线长度的变化会导致振动频率的变化,长度越短,频率越大;2. 弦线张力的变化会导致振动频率的变化,张力越大,频率越大;3. 弦线质量的变化会导致振动频率的变化,质量越大,频率越小。
实验思考:1. 实验中是否存在系统误差,如何进行准确测量?2. 弦线振动频率与哪些因素有关,有何实际应用?实验改进:1. 改进测量方法,减小误差;2. 增加扰动方式的多样性,观察不同扰动情况下的振动现象。
大学物理《弦振动》实验报告

大学物理《弦振动》实验报告(报告内容:目的、仪器装置、简单原理、数据记录及结果分析等)一.实验目的1.观察弦上形成的驻波2.学习用双踪示波器观察弦振动的波形3.验证弦振动的共振频率与弦长、张力、线密度及波腹数的关系二.实验仪器XY弦音计、双踪示波器、水平尺三实验原理当弦上某一小段受到外力拨动时便向横向移动,这时弦上的张力将使这小段恢复到平衡位置,但是弦上每一小段由于都具有惯性,所以到达平衡位置时并不立即停止运动,而是继续向相反方向运动,然后由于弦的张力和惯性使这一小段又向原来的方向移动,这样循环下去,此小段便作横向振动,这振动又以一定的速度沿整条弦传播而形成横波。
理论和实验证明,波在弦上传播的速度可由下式表示:=ρ1------------------------------------------------------- ①另外一方面,波的传播速度v和波长λ及频率γ之间的关系是:v=λγ-------------------------------------------------------- ②将②代入①中得γ=λ1-------------------------------------------------------③ρ1又有L=n*λ/2 或λ=2*L/n代入③得γn=2L------------------------------------------------------ ④ρ1四实验内容和步骤1.研究γ和n的关系①选择5根弦中的一根并将其有黄铜定位柱的一端置于张力杠杆的槽内,另一端固定在张力杠杆水平调节旋钮的螺钉上。
②设置两个弦码间的距离为60.00cm,置驱动线圈距离一个弦码大约5.00cm的位置上,将接受线圈放在两弦码中间。
将弦音计信号发生器和驱动线圈及示波器相连接,将接受线圈和示波器相连接。
③将1kg砝码悬挂于张力杠杆第一个槽内,调节张力杠杆水平调节旋钮是张力杠杆水平(张力杠杆水平是根据悬挂物的质量精确确定,弦的张力的必要条件,如果在张力杠杆的第一个槽内挂质量为m的砝码,则弦的张力T=mg,这里g 是重力加速度;若砝码挂在第二个槽,则T=2mg;若砝码挂在第三个槽,则T=3mg…….)④置示波器各个开关及旋钮于适当位置,由信号发生器的信号出发示波器,在示波器上同时显示接收器接受的信号及驱动信号两个波形,缓慢的增加驱动频率,边听弦音计的声音边观察示波器上探测信号幅度的增大,当接近共振时信号波形振幅突然增大,达到共振时示波器现实的波形是清晰稳定的振幅最大的正弦波,这时应看到弦的震动并听到弦振动引发的声音最大,若看不到弦的振动或者听不到声音,可以稍增大驱动的振幅(调节“输出调节”按钮)或改变接受线圈的位置再试,若波形失真,可稍减少驱动信号的振幅,测定记录n=1时的共振频率,继续增大驱动信号频率,测定并记录n=2,3,4,5时的共振频率,做γn图线,导出γ和n的关系。
弦振动的研究

x实验2.5 弦振动的研究、实验目的1. 观察弦振动时形成的横驻波的特性.2. 通过不同途径,测量弦线上横波的传播速度,比较测得的结果.3. 研究弦振动时波长与张力的关系.、仪器设备WZB-4型驻波实验仪、弦线、天平.WZB-4型驻波实验仪如图2.5-1所示,该实验仪用金属导线作为弦线,由信号发生器提供低频信号(频率可以改变),在金属导线下面放一块磁铁,这样载流导 体在磁场中因受安培力的作用,按信号频率作横向振动而产生横波,再由入射波 和反射波相干而形成驻波.图中 AA 、BB 为连接弦线和信号发生器的两对接线 柱,A 和A ,B 和B'已经连接好.C 为定位杆,上有小孔,弦线穿过小孔,可以 定位弦线的位置.R 1、R 2为两块劈形滑块,用以调整弦线的振动区长度 I (简称弦长).D 为一测量标尺,用以测量金属滑块之间的距离. M 为磁铁,E 为滑轮,以图2.5-1 WZB-4型驻波实验仪的结构三、实验原理1. 驻波图2.5-2驻波形成示意图频率和传播速度都相同的两列相干波,在同一直线上沿相反挂钩连接砝码,每组有3个砝码:10克,20克,40克各1个.频率计]安培表IB'频率调节振幅调节接线柱 电源R ^ M "?DITR驻波是由振幅、为V 的简谐振动.当x =±(2K +1)t 时(其中K = 0,1,2……),这些点的振动幅度始终为零,4 称为波节.当x=±K 上时(K = 0,1,2……),这些点的振幅达到最大2A,称为2 波腹.相邻两波节(或波腹)之间的距离恰为 一。
因此在驻波实验中,只要测得2 相邻两波节(或波腹)间的距离,就可以确定其波长.2. 弦线上横波的传播速度11图2.5-3 实验装置图如图2.5-3所示,将弦线的一端穿过定位杆C 的小孔固定,另一端跨过滑轮E 系以方向传播时叠加而成的一种特殊形式的干涉现象.如图 2.5-2所示,设有两列频率相同、振幅相同、初相位为零的简谐波,分别沿 ox 轴正方向和ox 轴负方向传播,它们的波动方程分别为xy r = Acos2兀(vt -—)Ay 2 = Acos2 兀(vt + —)A(2.5-1 ) (2.5-2 )x x=Acos2 兀(vt —―) + Acos2 兀(vt +—)AAf2兀)(2.5-3 )这就是驻波的波函数,常称之为驻波方程,式中2AC0S 竺X 是各点的振幅,它只A与x 有关.上式表明,当形成驻波时,弦线上的各点作振幅为2兀2AC0S ——x,频率砝码W并接通正弦信号源.在磁铁M的作用下,通有电流的弦线就会受到与电流垂直的安培力的作用,当弦线上通有正弦交变电流时,安培力也随之呈正弦 变化.可认为磁铁 M 所在处对应的弦线为振源,振动向两边传播,在劈形滑块 R i和R 2两处反射后又沿着各自相反的方向传播而发生干涉.由于固定弦线的两端是 由劈形滑块R 和R 支撑的,故两端点为波节,只有当R i 和R 之间的距离(即弦长I ) 等于半波长的整数倍时,才能形成驻波,这就是均匀弦振动产生驻波的条件设正弦信号频率为V ,则波速为(2.5-4 )21若这个时候R 与Fb 之间有n 个半波长,则波长A =-,弦线上的波速为n2I V =v —n可以证明(见附录)在线密度(单位长度的质量)为 P ,张力F T 的弦线上, 横波的传播速度(2.5-6 )波长(2.5-7 )四、实验内容1. 测定弦线的线密度在天平上秤其质量 m 求出线密度P (或者由实验室预 先秤好给出).2. 观察弦线上的驻波(1)刮去漆包线两端的漆层,穿过定位杆 C 的小孔,接到接线柱 A .另一端跨 过滑轮E 系上砝码 W 然后再接到接线柱B',构成一个导电回路.系砝码时请注意,从砝码到接线柱 B'间的弦线要松些,不能紧绷.信号发生 器的输出端接接线柱A 和B.(2)将弦长I 设置为一定长度.在砝码钩上增减砝码,改变弦线的张力F T ,(2.5-5 )取约2米长的漆包线,仔细调节信号频率^^和信号强度,使弦线上产生若干个波形清晰、稳定的驻波.(3)选定一定的砝码质量和信号频率,仔细调节弦长I、使弦线上产生若干个波形清晰、稳定的驻波.3.测量弦线上横波的传播速度(1)弦线张力不变,弦长I也不变的条件下,调节振动频率V ,测量弦线上横波的传播速度.(2)弦线张力不变,振动频率^/也不变的条件下,调节弦长I,测量弦线上横波的传播速度.(3)改变张力,重复步骤(1)、(2)。
物理实验:弦振动的研究

实验四弦振动的研究两列振幅相等的相干波,在同一直线上沿相反方向传播时,叠加形成驻波。
驻波是波的干涉现象中的一种重要现象,它在声学、光学、无线电工程和检测技术等方面都有广泛的应用,利用驻波现象可以测量波长、波速和频率。
一、实验目的1.了解固定均匀弦振动的传播规律,加深振动与波和干涉的概念。
2.了解固定均匀弦振动传播形成驻波的波形,加深对干涉的特殊形式——驻波的认识。
3.了解固定均匀弦振动固有频率的因素,测量均匀弦线上横波的传播速度及其线密度。
4.了解声音与频率之间的关系。
二、仪器与用具ZCXS-A型吉他型弦音实验仪(如图1所示)、米尺。
图 1 实验装置示意图1、接线柱插孔2、频率显示3、钢质弦线4、张力调节旋钮5、弦线导轮6、电源开关7、连续、断续波选择开关8、频段选择开关 9、频率微调旋钮 10、幅度调节旋钮 11、砝码盘实验装置如图1所示。
吉他上有四支钢质弦线,中间两支是用来测定弦线线密度,旁边两支用来测定弦线张力。
实验时,弦线3与音频信号源接通。
这样,通有正弦交变电流的弦线在磁场中就受到周期性的安培力的激励。
根据需要,可以调节频率选择开关和频率微调旋钮,从显示器上读出频率,通过调节幅度调节旋钮来改变正弦波发射强度。
移动劈尖的位置,可以改变弦线长度,并可适当移动磁钢的位置,使弦振动调整到最佳状态。
根据实验要求:挂有砝码的弦线可用来间接测定弦线线密度或横波在弦线上的传播速度;利用安装在张力调节旋钮上的弦线,可测定弦线的张力。
三、实验原理如图1所示,实验时,将弦线3(钢丝)绕过弦线导轮5与砝码盘11连接,并通过接线柱4接通正弦信号源。
在磁场中,通有电流的金属弦线会受到磁场力(称为安培力)的作用,若弦线上接通正弦交变电流时,则它在磁场中所受的与磁场方向和电流方向均为垂直的安培力,也随之发生正弦变化,移动劈尖改变弦长,当弦长是半波长的整倍数时,弦线上便会形成驻波。
移动磁钢的位置,将弦线振动调整到最佳状态,使弦线形成明显的驻波。
实验3%20弦振动实验ppt

大学物理实验
【实验原理及仪器】
引起弦线上质点的振动,于是振动就由A端沿弦 线向B端传播,形成的波称为入射波;传到支点 B后发生反射,弦线中产生由B端沿弦线向A端传 播的波,称为反射波。入射波与反射波在同一 条弦线上沿相反方向传播时将互相干涉,移动 劈尖B到适当位置,弦线上的波就形成驻波。这 时,弦线上的波就被分成几段且每段波两端的 点始终静止不动,而中间的点振幅最大。我们 把这些始终静止的点就称为波节,振幅最大的 点就称为波腹。
大学物理实验
Ln
2
(n 1, 2, 3L
)
)
2L (n 1, 2, 3L n
T V
f T
2 fL V n
)
n (n 1 , 2, 3L 2L
大学物理实验
【实验内容及步骤】 测定弦的线密度(可采用以下几种方法) (1)选取一个固定的弦长L,张力T由砝码的质量可 以求得,调节激振频率f,使弦上依次出现段驻波波 腹,并记录AB间距离L,并求的平均值。 (2)在频率一定的条件下,取一固定弦长,改变张 力的大小,测量弦线上横波的传播速度Vf。 (3)在张力T和频率f一定的条件下,改变L,使弦 上出现个驻波波腹。记录相应的 f、 n、 L,由(7)式 计算出弦上的横波速度的测量值VT,从 Y1 A cos 2 f t X Y2 A cos 2 f t
A
X(t=0)
X(t=T/4)
X(t=T/2) λ/2
图1 驻波的形成
X Y1 Y2 2 A cos 2 cos 2 f t
实验2.3 弦振动实验
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大学物理实验

弦线上波的传播规律实验介绍:波动的研究几乎出现在物理学的每一领域中。
如果在空间某处发生的扰动,以一定的速度由近及远向四处传播,则这种传播着的扰动称为波。
机械扰动在介质内的传播形成机械波,电磁扰动在真空或介质内的传播形成电磁波。
不同性质的扰动的传播机制虽然不相同,但由此形成的波却具有共同的规律性。
本试验利用弦线上驻波实验仪,通过弦线上驻波的观察与测量,研究弦线上横波的传播规律。
各种乐器,包括弦乐器、管乐器和打击乐器等,都是由于产生驻波而发声的。
为得到最强的驻波,弦或管内空气柱的长度必须等于半波长的整数倍。
实验目的:1、观察弦振动及驻波的形成;2、在振动源频率不变时,用实验确定驻波波长与张力的关系;3、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、学习用对数作图法处理数据。
实验仪器:弦线上驻波实验仪(FD-FEW-II型)及其附件,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,卷尺。
图1 弦线上驻波实验仪示意图1、可调频率数显机械振动源;2、振动簧片;3、金属丝弦线;4、可动刀口支架;5、可动卡口支架;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、实验桌实验原理:1、弦线上横波传播规律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:2222y T yt xμ∂∂=∂∂ ⑴ 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22222y y v t x∂∂=∂∂ 相比较,即可得到波的传播速度:v =⑵若波源的振动频率为f ,横波波长为λ;由运动学知识知,f v λ、与关系为:v f λ= ⑶比较式⑵和式⑶可得:λ=⑷为了用实验证明公式⑷成立,将该式两边取对数,得:11lg lg lg lg 22T f λμ=-- ⑸若固定频率f 及线密度μ不变,而改变张力T ,并测出各相应波长λ,作lg lg T λ- 图,若得一直线,计算其斜率,如为12,则证明了12Tλ∝的关系成立;同理,固定线密度μ及张力T 不变,改变波源振动频率f ,测出各对应波长λ,作lg lg f λ-图,如得一斜率为1-的直线,就验证了:1f λ-∝的关系。
弦振动-振动系列实验

实验六 弦振动的实验研究一切机械波,在有限大小的物体中进行传播时会形成各式各样的驻波。
驻波是常见的一种波的叠加现象,它广泛存在于自然界中,特别是众所周知的音乐。
乐器的制造实际上是一件发声的物理仪器的制造,都是利用管、弦、膜、板等的振动形成的。
研究音乐性质如音质的好坏等都是利用的物理方法,音乐的测量,包括频率、强度、时间、频谱、动态等都是物理测量,制造乐器的许多材料性能测量也都是物理测量。
驻波理论在声学、光学及无线电中都有着重要的应用,如用来测定波长、波速或确定波动频率等。
一般的驻波发生在三维空间较为复杂,为了便于掌握其基本特征,本实验研究最简单的一维空间的情况。
学习重点1. 掌握产生驻波的原理,并观察弦上形成的驻波。
2. 研究线长与共振频率间的关系。
3. 研究波速与弦线所受张力及线密度间的关系。
实验原理1.驻波一简谐正弦波在拉紧的金属线上传播,可以由方程式y 1=y m sin2)/(ft x -λπ来描述。
若金属线一端固定,波到达该端时将被反射回来,反射波为:y 2= y m sin2)/(ft x +λπ.假设波幅足够小,未超出金属线的弹性限制,则叠加后的波形即为两波形之和:y=y 1+y 2=y m sin2)/(ft x -λπ+ y m sin2)/(ft x +λπ根据恒等式:sinA+sinB=2sin(A+B)/2cos(B-A)/2,上式可改写为:y=2y m sin(2)ft x πλπ2cos()/.该方程具有一些特点:对一固定时间t o ,则金属线上的波形为一正弦波,,最大波幅为2y m cos(2)o ft π.对一固定的x o ,金属线也表现为谐振动,最大振幅为2y m sin(2)/λπo x 。
当 x o = 0,λ/2,λ,3λ/2,2λ等时,波幅为0。
该种波形即为驻波,因为金属线上并没有波形的传播。
时间方向的驻波,其表现形式如图1图 1该模式为驻波波胞。
金属线上每一点上下振幅取决于该点波胞。
弦的振动

弦线振动实验项目
一. 研究内容
1 根据所提供的资料或自己查阅相关资料,回答弦线频率测量仪不同标定位置的特殊意 义。 2 拨动弦线,感受音调与弦长的定性关系,及弦振动的振幅与弦长的定性关系。 3 对第 3 条弦(连接有拉力计的弦) ,根据下列表格测量数据,给出弦长--基频曲线及拉 力的方均根的倒数--基频关系曲线,结合理论公式,分析测量结果。
第一阶主振型 第二阶主振型 第三阶主振型
图3
x x , (x) sin , 1 l l2x 2x ,1 (x) sin , l l 3x 3x ,1 (x) sin , l l
思考题 a.弦振动的固有频率与什么因素有关? b.如何从实验观察中判断振型的阶次? c.为什么利用稳态正弦激励可获得系统的各阶主振型?
另外,根据波动理论,假设弦柔性很好,波在弦上传播速度( V )取决于两个变量: 线密度( )和弦的拉紧度( T ) ,其关系式为:
V
T
(5)
其中 为弦线的线密度,即单位长度的弦线的质量(单位: kg / m ) T 为弦线的张 力,单位: N ,或 kg m / s
2
再根据 V f 这个普遍公式可得:
y ( x, t ) H i (t )sin
i 1
i x i x H i (t )sin l l
(5)
这表明发生第 i 阶共振时,其共振振型与第 i 阶主振型一致。据此,利用图 2 所示的单 点稳态正弦激励装置, 通过信号发生器对系统进行稳态正弦扫频, 在激励频率等于各阶固有 频率时,获得各阶主振型。系统的前三阶的主振型如图 3 所示。
用 7 个音以及比它们高一个或几个八度的音、低一个或几个八度的音做成各种组合就 是“曲调”。 美国著名音乐理论家珀西· 该丘斯(Percy Goetschius,1853-1943)说“对于求知心切的音 乐学习者与音乐爱好者,再没有像„音阶‟似的音乐要素,即刻而又持久地引起他们的好奇心 与惊异的了”。 7 音音阶按“高度”自低向高排列,要搞清音阶的原理,首先须知道什么是音的“高度”? 音与音之间的“高度”差是多少? 物体发生振动时产生声音,振动的强弱(能量的大小)体现为声音的大小,不同物体的 振动体现为声音音色的不同,而振动的快慢就体现为声音的高低。 振动的快慢在物理学上用频率表示, 频率定义为每秒钟物体振动的次数, 用每秒振动 1 次作为频率的单位称为赫兹。频率为 261.63 赫兹的音在音乐里用字母 c1 表示。相应地音 阶表示为 c, d, e, f, g, a, b 在将 C 音唱成“do”时称为 C 调。 频率过高或过低的声音人耳不能感知或感觉不舒服,音乐中常使用的频率范围大约是 16~4000 赫兹,而人声及器乐中最富于表现力的频率范围大约是 60~1000 赫兹。 在弦乐器上拨动一根空弦, 它发出某个频率的声音, 如果要求你唱出这个音你怎能知道 你的声带振动频率与空弦振动频率完全相等呢?这就需要“共鸣原理”: 当两种振动的频率相 等时合成的效果得到最大的加强而没有丝毫的减弱。 因此你应当通过体验与感悟去调整你的 声带振动频率使声带振动与空弦振动发生共鸣,此时声带振动频率等于空弦振动频率。 人们很早就发现, 一根空弦所发出的声音与同一根空弦但长度减半后发出的声音有非常 和谐的效果, 或者说接近于“共鸣”, 后来这两个音被称为具有八度音的关系。 我们可以用“如 影随形”来形容一对八度音,除非两音频率完全相等的情形,八度音是在听觉和谐方面关系 最密切的音。 18 世纪初英国数学家泰勒(Taylor,1685-1731)获得弦振动频率 f 的计算公式:
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如何做好这个实验呢?这里有图有真相~
一、首先了解一下实验目的:
1、观察弦振动形成的驻波。
熟悉其性质
2、测定弦振动张力与波速的关系
3、测定音叉的频率
二、实验原理
一、驻波的性质
柔软均匀的弦线被拉紧,一端固定,另一端以一个固定频率振动,于是激起一个由振动端传至固定端然后反射回来的波,前进波和反射波不断在弦线上传播,并发生干涉。
为了简便可见,我们视前进波与反射波的振幅相等,通过调整绳线的压力,当弦线的长度为半波长的整数倍时,形成振幅最大又稳定的驻波,即弦与音叉共振。
前进波为;y1=Asin2p(t/T-x/λ)y2=Asin〔2p(t/T-(X+2l)/λ)-p〕
y=y1+y2 经三角函数变换,得y=〔2Asin2p(l/λ)〕cos2p〔t/T-(x+l)/λ〕
此式即驻波方程,式中余弦符号前面的系数是驻播上各点振动的振幅,可见,驻波上不同的点(不同l)以不同的振幅振动,振动的振幅依点的位置而按正弦规律变化,振动的最大值等于2A,叫波腹;最小值等于0,叫波节。
可见驻波上某些点始终以最大的振幅振动,某些点则始终静止。
处sin2p(l/λ)=0,是波节的位置,即l=0,λ、2、2λ/2、3λ/2......波节的位置;
处sin2p(l/λ)=1,是波腹的位置,即l=λ/4、3λ/4、5λ/4、7λ/4.......是波腹的位置
可见,波节与波节,波腹与波腹的距离,叫做驻波的波长,它等于形成这个驻波的两个横波波长的一半,因此利用驻波可以方便的测出横波波长
二、音叉以固有频率做等幅简谐振动的原理
音叉两臂间装有一个电磁铁N,磁铁的线圈一端接直流电源,一端接螺钉尖端的固定架,螺钉尖端可与音叉一臂上的弹片接触,电源另一极在音叉座驾上,通电后,调整尖端与音叉的距离(这是重要操作,音叉与尖端不能接触,但要足够近,以至于产生尖端放电,形成回路),电磁铁线圈有电流通过,音叉臂在电磁铁的吸引下使得尖端断开,电流中断,电磁铁失去吸引力,音叉臂弹回,弹片与尖端重新接触电路接通,电磁铁又吸引如此反复,使音叉以固有频率不断振动,而且每次振动都能得到电磁铁补给的能量,因此,音叉按照它的固有频率做等幅振动。
三、验证理论推导的波速与弦线所受的张力及弦线密度之间的关系
理论公式为:ν=√(T/σ)(√是根号)
为了验证公式的正确性,
逐渐增加或减少砝码(改变弦线所受的张力),
可以发现弦中波速与张力的大小有关,也就是波长与张力有关。
逐渐改变弦线所受的张力,使得弦振动明显的出现1、2、3、.....、N段驻波,测出对应波长,即得到波速(ν=fλ=2fl)。
即
张力T:T1,T2,T3,....Tn
波长λ:λ1,λ2,λ3,....λn
波速ν:ν1,ν2,ν 3....νn
用张力T为横坐标,用波速ν为纵坐标,用上面测得数据作图,可得一条曲线,如图
由数学知识知,ν必为T的幂函数,因此令
v=AT^B
将两边求对数(来求A,B)得lgν=lgA+BlgT
若以lgT为横坐标,如果lgν为纵坐标,作图可得到一条直线,其斜率为A,纵截距为lgA,可得A,B
如果理论公式正确,则有A=σ^(-1/2) B=1/2
弦线的振动规律f=n/2l√T/σ(n为驻波数,l是测量的n个波长的长度,σ为线密度,T 为张力)
四、实验操作
1、剪取100cm左右的绳线,并测量长度
2、移动音叉使其电音叉的小钉与定滑轮的的距离为100cm,如图1,将弦线一端固定在电音叉的小钉上,另一端通过支架的小孔(通过移动支架来获得振幅最大且稳定的弦振动)(图2),跨过滑轮系在砝码盘上,砝码加于盘内(图3,图4),使得弦中产生张力T,调整螺丝a使得尖端靠近弹片(图5),音叉产生振动,通过音叉振动,产生驻波,张力合适时便形成稳定的驻波,然后紧拧螺丝b,固定尖端与弹片的位置,距离(图5),从而音叉的振动
不会发生变化。
T=mg(图6)
3、当弦线张力为T,弦线做振幅最大且稳定的振动(图7),这时再加最小的m‘,一观察到弦线振幅变小或不稳定就可确定张力T的误差T*=m’g
4、用电子天平测出弦线的总质量M(g),用米尺测量弦线的总长度R(cm),算出弦线的线密度σ=0.189g/100cm=
5、根据测得的实验数据来确定波速与张力的关系,即先画v-T图,根据曲线形状假设其形式为v=AT^B,做lgν-lgT图,求出A,B,在实验误差范围内若A=σ^(-1/2) B=1/2,则理论公式
成立。
五、误差分析
1、所加的拉力是否形成n个驻波的值
在原来的T的基础上,(已经形成n个最大最稳定的驻波),再增加(或减少)最小的拉力,即再增加或减少最小的质量值m,能由眼睛觉察出波腹变小或波形变得不稳定,那么误差T’=mg
2、测量驻波波长引起的误差问题。
我们需要的是一个驻波的长度,但在实验中形成驻波的波节或波腹一般不是一个点,而是一个小范围,所以测量l的误差在毫米上,然而,形成n 个驻波时,每个驻波的长度是相等的,我们可以测量n个驻波的总长度来求驻波波长,以提高l精度。
另外,音叉上固定弦线的点是随音叉振动的,因此不是节点,所以我们测量(n-1)个驻波波长的总长度,再除以(n-1)来求驻波的波长。