лабы 4кл

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

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

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

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

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