篇一：大学物理演示实验——弦驻波
大学物理演示实验 探究
1151914 李海鹏
一、 实验名称：弦驻波现象的探究
二、 主要装置：振荡器（调节振动源的振幅和频率），振动源，松紧带（充当驻波的介质）
三、 物理原理：
当振动频率，振幅和振动方向相同的两列简谐波，在同一直线沿着相反的方向传播时，产生特殊的干涉现象，即驻波。在波的传播过程中，当波由波密媒质进入波疏媒质时，在分界面处，反射波与入射波同相位，没有半波损失。当波由波疏媒质进入波密媒质时，在分界面处， 反射波与入射波有π 的相位突变，有半波损失。所以驻波在两固定端形成的是波节。相邻波节和波腹的距离为
因为波长有一定限制，一波长和松紧带的长度应满足如下条件是才能形成驻波。
四、 实验现象：
当振动频率，振幅和振动方
向相同的两列简谐波，在同一直
线沿着相反的方向传播时，产生
特殊的干涉现象，即驻波。松紧
带的两端分别与振动源和固定端（入射波反射点）相连。当振荡器开
启时，将会形成简谐波，入射波和反射波干涉，当频率波长满足条件时将在松紧带上形成驻波。
因为波长有一定限制，一波长和松紧带的长度满足如下条件时才能形成驻波。
调节合适的频率与振幅使得驻波形成之后，可以看到在驻波中，直线上的某些始终静止不动，这样的点叫做波节。某些点的振幅具有最大值，这些点称为波腹。波腹处的振幅等于一个波的振幅的两倍。固定端形成的永远是波节。波形上的不同点以不同的振幅在波节两边以相同的频率做往复运动。两波节中间的点，振幅最大；越靠近波节，振幅越小。此时绳上的各点，只有段与段之间的相位突变，没有震动状态或相位的逐点传播，没有什么能量向外传播。每一个节点的两侧的各点总是向相反方向运动，当右边的点向上移动时，左边的点向下移动，说 明节点两边的位相相反。而相邻两节点间的各点，虽然它们的振幅不同，但它们却同时经过平 衡点，同时达到最大值，和最小值，各点的向相同方向运动，说明它们具有相同的位相。
分别改变振动频率以及振幅，观察松紧带的振动情况。频率增大，驻波形成的越多，即两波节之间的距离越小。
五．探究的思考
1、驻波中，质点能量没有流动吗？
驻波是媒质的一种特殊运动状态，它是稳定态。能量从波腹传到波节，又从波节传到波腹，往复循环，能量不被传播。当介质中各质点的位移达到最大值时，其速度为零，即动能为零。这时除波节外所
有质点都离开平衡位置，而引起介质的最大的弹性形变，所以这时驻波上的质点全部能量都是势能。由于波节附近的相对形变量最大，所以势能最大。而在波腹附近的相对形变为零，所以势能为零。因此驻波的势能集中在波节附近。
驻波的全部能量都是动能。这时在波腹处的质点的速度最大，动能最大；而在波节处质点的速度为零，动能为零。因此驻波的动能集中在波腹附近。由此可见，介质在振动过程中，驻波的动能何时能不断地转换。在转换的过程中，能量不断地由波腹附近转移到波节附近，再由波节附近转移到波腹附近。在行波中能量随波的传播而不断向前传递，其平均能流密度不为零；但驻波的平均能流密度等于零，能量只能在波节与波腹间来回运行。
即驻波进行过程中没有能量的定向传播。
2、一根弦上，当传有传播方向相反的两列波时，一定形成驻波吗？
不一定。两列波不紧要传播方向相反，还要求振动方向相同、振幅相同、频率也相同，这样的的平面简谐波叠加才会形成驻波。没有相位的条件，因为不同点的相位差不同，合振幅不同，同相点振幅最大称为波腹，反相点振幅为零称为波节。
篇二：实验报告样本- 弦线上驻波
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：
?2yT?2y
（1） ?22
?t??x
2
?2y2?y将该式与典型的波动方程2?v2比较，可得波的传播速度：v?，其中T为张?t?
x力，?线密度. 若波源的振动频率为f, 则横波的波长：
??
两边取对数，得
（2）
log??
11
logT?log??logf 22
若固定频率f和线密度?，改变张力T，并测出各相应波长?，作log??logT，若得一直线，计算其斜率值，（如为1/2），则证明??T
1/2
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log??logf，如得一斜率为-1的直线就验证了??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。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
给砝码盘挂上一定数量砝码（一般三个）并记录，以保持张力一定。改变频率(5次)，使
得弦线上能够调出稳定且幅度较大的驻波。每次改变频率要保证足够的间隔（一般要10赫兹以上）。记录两支架间的距离L, L上所形成的半波数的个数n，以及相应的频率。 计算出波长，作log?- logf图，计算其斜率，并于理论值比较。 五、数据记录（实验）
1. 固定波源振动频率, 改变弦线张力 见原始数据表一 2. 固定弦线张力，改变频率 见原始数据表二 六、数据处理
1.波长与张力的关系 根据表一计算得
log?- logT图
斜率和理论值的相对误差为：
2.波长与频率的关系 根据表二计算得
log?- logf图
logT- logf的斜率为：
斜率与理论值的差异百分比为：
七、思考与讨论
1.求?时为何要测几个半波长的总长。
2.为了使log?- logT直线图上的数据点分布比较均匀，砝码盘中的砝码质量应如何改变？
3.为何波源的簧片振动频率尽可能避开振动源的机械共振频率
4.弦线的粗细和弹性对实验结果各有什么影响，应如何选择？
篇三：实验二研究弦线上的驻波现象
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2-1
图2-1 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?，则沿弦线传播的横波应满足下述运动方程：
?2yT?2y?(2-1) 22?t??x
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
2?2y2?y?V波动方程22?t?x
相比较，即可得到波的传播速度: V?T
?
若波源的振动频率为f，横波波长为?，由于V?f?，故波长与张力及线密度之间的关系为：
??1
fT?(2-2)
为了用实验证明公式(2-2)成立，将该式两边取对数，得：
log??11logT?log??logf 22
若固定频率f及线密度?，而改变张力T，并测出各相应波长?，作log?-logT图，若得一直线，计算其斜率值（如为1），则证明了?∝T的关系成立。同理，固定线密2
度μ及张力T，改变振动频率f，测出各相应波长?，作log?-logf图，如得到斜率为-1的直线则验证了?∝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。
? 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?。作log?-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?-logf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?-log?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2-3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，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。
驻波（standing wave）
频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列波叠加后形成的波。波在介质中传播时其波形不断向前推进，故称行波；上述两列波叠加后波形并不向前推进，故称驻波。例如，如图所示，一弦线的一端与音叉一臂相连，另一端经支点O并跨过滑轮后与一重物相连。 音叉振动后在弦线上产生一自左向右传播的行波，传到支点O后发生反射，弦线中产生一自右向左传播的反射波，当弦长接近1／2波长的整数倍时。两列波叠加后弦线上各点的位移为（设音叉振动规律为u＝Acosωt） u（x，t）＝2Asin（x）sin（ ωt ）＝A（x）sin（ωt），弦线上每个固定的点均作简谐运动，但不同点的振幅不同，由x值决定。振幅为零的点称为波节，振幅最大处称为波腹。波节两侧的振动相位相反。相邻两波节或波腹间的距离都是半个波长。在行波中能量随波的传播而不断向前传递，其平均能流密度不为零；但驻波的平均能流密度等于零，能量只能在波节与波腹间来回运行。
《弦柱波实验体会》
由：免费论文网互联网用户整理提供,链接地址：
http://m.csmayi.cn/show/129072.html
转载请保留,谢谢!
- 上一篇：主持人介绍节目的串词
- 下一篇：裁判文书专家评语