内容发布更新时间 : 2024/6/2 17:39:26星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

弦振动与驻波研究

【实验目的】

1．观察在弦上形成的驻波；

2．确定弦线振动时驻波波长与张力的关系； 3．学习对数作图和最小二乘法进行数据处理。

【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 (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(1)式与典型的波动

2?2y2?y?V方程 ?t2?x2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?，由于波速V?f?，故波长与张力及线密度之间的关系为：

??1fT? (2)

为了用实验证明公式(2)成立，将该式两边取对数，得：

11 lg??lgT?lg??lgf (3)

22固定频率f及线密度?，而改变张力T，并测出各相应波长?，作lg?-lgT图，若得

1一直线，计算其斜率值（如为），则证明了?∝T212的关系成立。

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。

【实验仪器】

1、可调频率数显机械振动源；2、振动簧片；3、弦线（铜丝）；4、可动刀片支架；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

1234567981011 图1 实验装置示意图

5 FD-SWE-II 弦线上驻波实验仪 Z H O频率调节 复位 幅度调节 电 源 上海复旦天欣科教仪器有限公司 1 2 3 4

图2 可调频率数显机械振动源面板图

（1、电源开关 2、频率调节 3、复位键 4、幅度调节 5、频率指示）

实验装置如图1所示，金属弦线的一端系在能作水平方向振动的可调频率数显机械振动源的振簧片上，频率变化范围从0-200Hz连续可调，频率最小变化量为0.01Hz，弦线一端通过定滑轮⑦悬挂一砝码盘⑧；在振动装置(振动簧片)的附近有可动刀片支架④，在实验装置上还有一个可沿弦线方向左右移动并撑住弦线的可动刀口⑤。滑轮⑦固定在实验平台⑩上，其产生的摩擦力很小，可以忽略不计。若弦线下端所悬挂的物体的质量为m（包含砝码和砝码盘及悬线的质量），张力T?mg。当波源振动时，即在弦线上形成向右传播的横波；当波传播到可动刀口与弦线相交点时，由于弦线在该点受到刀口两壁阻挡而不能振动，波在切点被反射形成了向左传播的反射波。这种传播方向相反的两列波叠加即形成驻波。当振动端簧片与弦线固定点至可动刀口⑤与弦线交点的长度L等于半波长的整数倍时，即可得到振幅较大而稳定的驻波，振动簧片与弦线固定点为近似波节，弦线与可动刀口相交点为波节。它们的间距为L，则

L?n?2 (4)

其中n为任意正整数。利用式(4)，即可测量弦上横波波长。由于簧片与弦线固定点在振动不易测准，实验也可将最靠近振动端的波节作为L的起始点，并用可动刀口④指示读数，求出该点离弦线与可动刀口⑤相交点距离L。