![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
лабы 4кл
.pdf![](/html/2706/633/html_ltx_li4llD.oWCq/htmlconvd-_epkVo31x1.jpg)
МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:
ЭКСПЕРИМЕНТ 1. Исследование зависимости фазовой скорости распространения упругой волны от частоты
1.Откройте окно «Механические волны» и нажмите кнопку «Тип волн»
–«Поперечные в верёвке».
2.Установите частоту колебаний 1,00 Гц и амплитуду колебания волны по таблице 1.
Таблица 1.
№ звена |
1, 8 |
2, 7 |
3, 6 |
4, 5 |
Амплитуда, |
0,4 |
0,35 |
0,30 |
0,25 |
м |
|
|
|
|
3. Определите фазовую скорость распространения поперечной волны на натянутой верёвке. Для этого:
Рис.1
а) с помощью секундомера определите время t прохождения цуга волны
длиной 10λ видимого на экране участка (рис.1) и запишите результат
измерения в первую ячейку первой строки таблицы 2. Полезный совет:
включите секундомер при пересечении любого (нулевого) гребня волны правой стороны рамки окна опыта «Гармоническая волна» и выключите при его при пересечении этой стороны десятого по счёту гребня волны.
30
![](/html/2706/633/html_ltx_li4llD.oWCq/htmlconvd-_epkVo32x1.jpg)
б) повторите это измерение ещё 4 раза и заполните первую строку табл.
2.
Таблица 2 - Измерение времени распространения цуга волны
Частота волны, Время распространения цуга волны t, с |
|
f Гц |
1 2 3 4 5 t |
|
|
1,00 |
|
1,10 |
|
1.20 |
|
… |
|
2,00 |
|
в) нажатием кнопки на экране монитора остановите волновой процесс и с помощью миллиметровой линейки измерьте длину волны λ.
г) по формуле v = 10tλ определите среднюю фазовую скорость волны при
частоты 1,00 Гц и запишите это значение в табл. 2 и 3 в столбец vэ.
4. Нажмите кнопку и, последовательно увеличивая частоту волны на 0,1 Гц, проделайте эти измерения для всего диапазона частот (1,00 – 2,00 Гц) и заполните таблицы 2 и 3.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА:
1.По формуле v = λν вычислите для каждой частоты расчётную фазовую скорость волны vт и запишите это значение в табл. 3 в строку vт.
2.Постройте на одном графике зависимости экспериментальной vэ и расчетной vт фазовой скоростей распространения волн от частоты
колебаний f.
3.Из полученного графика определите зависимости dvdfэ иdvdfm от
частоты волны (дисперсию волн).
4. Сделайте выводы по результатам работы.
31
![](/html/2706/633/html_ltx_li4llD.oWCq/htmlconvd-_epkVo33x1.jpg)
Таблица 3 – Результаты измерений и расчётов
f, Гц |
1,00 |
1,10 |
1,20 |
… |
2,00 |
λ, см |
|
|
|
|
|
vэ,см/с |
|
|
|
|
|
vm см/с |
|
|
|
|
|
ЭКСПЕРИМЕНТ 2. Экспериментальная проверка формулы фазовой скорости распространения гидродинамических поверхностных волн
1.Откройте окно «Механические волны» и нажмите кнопку «Тип волн»
–«Волны на воде».
2.Выполните измерения аналогичные измерениям п.п. 2-4 эксперимента 1 и запишите результаты измерений и расчётов в табл.4 и 5, аналогичные табл. 2 и 3 эксперимента 1.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА:
1. По формуле v = |
gλ |
рассчитайте теоретическую фазовую скорость |
|
2π |
|
распространения волны для каждой измеренной длины волны и запишите эти значения в табл. 5 в строку vm.
2.Постройте на одном графике зависимости экспериментальной vэ и расчетной vт фазовой скоростей распространения волн от частоты
колебаний f.
3.Из полученного графика определите зависимости dvdfэ иdvdfm от
частоты волны (дисперсию волн).
4. Сделайте выводы по результатам работы.
Вопросы и задания для самоконтроля
1.Определите, какую волну – продольную или поперечную – описывает уравнение ξ = A cos(ωt − kx) ?
2.Что такое фазовая скорость волны? Напишите выражения для фазовой скорости волны.
32
![](/html/2706/633/html_ltx_li4llD.oWCq/htmlconvd-_epkVo34x1.jpg)
3.Упругая волна переходит из среды, в которой фазовая скорость равна v в среду, в которой фазовая скорость в два раза больше. Определите, что при этом происходит с длиной волны и частотой?
4.Вдоль оси х распространяется плоская волна с длиной λ. Определите наименьшее расстояние между точками среды, в которых колебания
совершаются в противофазе.
5.На рис.4 показана «моментальная фотография» смещений частиц среды, в которой распространяется вдоль оси х упругая волна. Укажите направления скоростей частиц в точках А, В и С в случае: а) продольной волны; б) поперечной волны.
6.На рис.4 показана «моментальная фотография» смещений частиц среды, в которой распространяется вдоль оси х упругая волна. Укажите точки, в которых деформация среды: а) равна нулю; б) принимает максимальное значение. Укажите точки, в которых скорость смещения частиц среды: а) максимальна; б) минимальна.
7.В бегущей поперечной волне, показанной на рис.5, частица С имеет
направление скорости, указанное на рисунке. Определите: а) какое
направление скорости будут иметь частицы А и D в этот момент; б) в каком направлении распространяется волна?
8.Совпадают ли дисперсионные соотношения для бегущих и стоячих
волн?
9.Наблюдается ли дисперсия звуковых волн?
10.Что такое волновой пакет?
11.Что такое групповая скорость? Напишите выражение для групповой
скорости волн.
12.Морские волны, приближаясь к наклонному берегу, увеличивают свою высоту в несколько раз, а на них образуются пенистые гребни. Объясните
это явление.
13.На рис.6 а), б), в) показаны направления скоростей двух точек волны. Определите, какие это волны?
33
![](/html/2706/633/html_ltx_li4llD.oWCq/htmlconvd-_epkVo35x1.jpg)
14.Вдоль упругого шнура распространяется поперечная волна со скоростью 15 м/с. Период колебаний точек шнура Т = 1,2 с, амплитуда колебаний А = 0,02 м. Определите длину волны, фазу и смещение точки,
отстоящей на расстоянии 45 м от источника волн в момент времени t =- 4
с.
15.Волна распространяется от источника колебаний вдоль прямой. Смещение точки для момента времени 0,5 Т составляет 5 см. Точка
удалена от источника колебаний на расстояние λ/3. Определите амплитуду
колебаний.
16.Волны распространяются вдоль шнура со скоростью 3 м/с при частоте
2Гц. Чему равна разность фаз колебаний двух точек шнура, находящихся
на расстоянии 75 см друг от друга?
17.Скорость звука в воде равна 1450 м/с. Определите расстояние между
точками, совершающими колебания в противофазах, если частота
колебаний 725 Гц.
18.Мимо неподвижного наблюдателя за 10 с прошло 4 гребня волны.
Определите период колебаний частиц среды.
19.Разность хода двух когерентных волн с равными амплитудами
колебаний равна 15 см, а длина волны 10 см. Определите, каков результат интерференции этих волн?
20.Расстояние между первым и четвёртым узлами стоячей волны равно 24
см. Определите длину бегущей волны.
34
ЛИТЕРАТУРА
1.Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 1. М.: Наука, 1982.
2.Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 2. М.: Наука, 1978.
3.Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 3. М.: Наука, 1979.
35
План 2006
Составители: Коновалов Сергей Валерьевич
Мартусевич Елена Владимировна
Пискаленко Владимир Витальевич Громов Виктор Евгеньевич Малиновская Виктория Александровна
КОМПЬЮТЕРНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ПО ФИЗИКЕ. ЧАСТЬ IV. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Физика» и «Концепции современного естествознания» для
студентов всех специальностей
Напечатано в полном соответствии с авторским оригиналом
Изд.лиц.N 01439 от 05.04.2000. Подписано в печать
Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная
Усл.печ.л. Уч.изд.л. Тираж экз. Заказ
Сибирский государственный индустриальный университет. 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 Издательский центр СибГИУ
36