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一.设计原理与方法:
当平静的水面受到扰动后,水产生振动,并且向外传播, 虽然水的振动和水波向外传播情况能被看到,但水的振动频率与水波传播速度较难测定。本组利用激光器、硅光电池等器件,测定水波的速度与波长。
实验装置原理图如下图:
将扬声器纸盆下方与振子相连接,低频信号发生器功率输出端与扬声器相连接,接通电源后,在一定频率范围内扬声器发生振动,带动振子,在水表面产生平行水波。低频信号发生器电压输出端与示波器Ch1(通道1)相连接,调节信号频率,可改变扬声器振荡频率。在水槽上方搭建一可移动支架(见原理图),在水槽上方的支架上安装一半导体激光器,在水槽下方安装硅光电池,使激光稳定照射在硅光电池上,产生电压。查找资料可知:
其中,ΔL为照射在硅光电池上光斑中心离开平衡位置中心的距离;ΔU为硅光电池的输出电压。分析可知,硅光电池感光后输出的电压为一个余弦波,并且由于电池上方水的波动,产生电压的频率与水波频率相同
将硅光电池两端接入示波器Ch2(通道2),这样示波器上即可显示出两段相同频率的正弦波行。
此时转动移動转盘,在示波器上Ch2会相应移动。为避免外界环境影响,在实验过程中,在硅光电池上添加一个灯罩,避免周围光源影响,并且加入一信号放大电路,滤去干扰波。转动转盘,移动可移动支架,可看到波形2移动,移动一个周期后读取数据,即可测出水波的波长。
二.实验现象:
三.总结
1.波的传播速度只与介质有关,与其他因素无关,而此处实验得到波速随频率变化而变化,可能的原因是本实验的振子在水面上振动,除了带动水波振动,可能也带动了空气的振动,两种介质的振动混合在一起,造成了波速不同的复杂变化。
2.电压一定的情况下,频率越大,水波波长越小。且波的传播速度在小范围内越来越大。
3.在4HZ~100HZ时,示波器上水波的波形较好。
4.扬声器上所加的电压与振子振幅成正相关关系。
当平静的水面受到扰动后,水产生振动,并且向外传播, 虽然水的振动和水波向外传播情况能被看到,但水的振动频率与水波传播速度较难测定。本组利用激光器、硅光电池等器件,测定水波的速度与波长。
实验装置原理图如下图:
将扬声器纸盆下方与振子相连接,低频信号发生器功率输出端与扬声器相连接,接通电源后,在一定频率范围内扬声器发生振动,带动振子,在水表面产生平行水波。低频信号发生器电压输出端与示波器Ch1(通道1)相连接,调节信号频率,可改变扬声器振荡频率。在水槽上方搭建一可移动支架(见原理图),在水槽上方的支架上安装一半导体激光器,在水槽下方安装硅光电池,使激光稳定照射在硅光电池上,产生电压。查找资料可知:
其中,ΔL为照射在硅光电池上光斑中心离开平衡位置中心的距离;ΔU为硅光电池的输出电压。分析可知,硅光电池感光后输出的电压为一个余弦波,并且由于电池上方水的波动,产生电压的频率与水波频率相同
将硅光电池两端接入示波器Ch2(通道2),这样示波器上即可显示出两段相同频率的正弦波行。
此时转动移動转盘,在示波器上Ch2会相应移动。为避免外界环境影响,在实验过程中,在硅光电池上添加一个灯罩,避免周围光源影响,并且加入一信号放大电路,滤去干扰波。转动转盘,移动可移动支架,可看到波形2移动,移动一个周期后读取数据,即可测出水波的波长。
二.实验现象:
三.总结
1.波的传播速度只与介质有关,与其他因素无关,而此处实验得到波速随频率变化而变化,可能的原因是本实验的振子在水面上振动,除了带动水波振动,可能也带动了空气的振动,两种介质的振动混合在一起,造成了波速不同的复杂变化。
2.电压一定的情况下,频率越大,水波波长越小。且波的传播速度在小范围内越来越大。
3.在4HZ~100HZ时,示波器上水波的波形较好。
4.扬声器上所加的电压与振子振幅成正相关关系。