振动和波演示实验研究 doc - 图文

实验四：振动和波演示实验研究

实验目的：

熟悉中学课本中介绍的振动图像描绘，受迫振动和共振演示以及水波干涉、衍射实验的方法和操作技能，以及在物理教学中的作用和教学要求；通过实验体验方法的特点和不足；通过观察、操作改进的实验装置，初步认识发现、分析和解决中学物理实验问题的必要性和重要性，培养独立地分析和解决问题的能力。

实验的教学目的：

振动与波是物理学的重要基础内容之一，随着近代物理学的发展, 越来越清楚地说明它是不可缺少的内容但由于振动与波的运动形式比较复杂, 本实一改传统的实验仪器，采用简单的沙漏和沙子等贴近生活的道具，有对比有创新，增加学生学习兴趣，增强实验操作能力。

实验教学要求：

让学生更易的观察振动图像以及知道振动的性质——竖直和水平方向的运动是怎样的。把抽象的振动运动和受迫振动更加好的展示给学生看，尤其注意形成的波形图的振幅和周期的成因。其次让学生自己动手对振动更进一步的了解，印象更加深刻。也锻炼学生的实验能力。

该实验在这一章里面的意义：

对于学习振动和波这一章节，概念较为抽象，学生对波形图、振动图像概念较为模糊，本节的实验恰好很好的演示了后者，对于振动

图像可用其他教具演示。此实验设计巧妙，操作简单，学生也更易的操作实验，可重复实验。

实验仪器：砂摆装置、针管、J2221型受迫振动演示仪、发波水槽、磁力驱动共振仪、喷水式振动图像描绘仪

实验原理：

在不考虑阻力的情况下，让沙漏从一小角度摆动，使其做往返运动，F??kx，运动为简谐运动，在力的作用下做往返运动，简谐运动是一种变加速运动，在平衡位置时，速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大。在摆动的过程中，沙子会一直下漏，在下面匀速推动纸板，就得到波动图像。

实验的基本方法，实验过程（仪器安装与调节，实验现象，数据记录，实验结果）:

把支架调平衡，利用实验室的简单仪器（铁架台、铁架子、漏斗、细绳、软胶管、注射器）连接好双线摆摆实验装置，并借助导轨、小车带动置于小车上的玻璃板，若记录振动波信息的是水，则置于其上的是书法水写布，若记录振动波信息的是沙子，则置于其上的是玻璃塑胶板，并撤去软胶管、注射器。

实验的教学应用：

形象的演示了机械振动的特点，得到的振动图像是一个质点在同一平面内做往复振动的轨迹，区别于波形图，同时也比较明显的演示波传播过程中的能量的传递。

砂摆装置进行简谐振动图像的演示实验：

优点：双线摆代替单线摆，能减小圆锥摆的可能；采用导轨小车并调整使其能匀速运动。

注意：摆与板的距离要适中，推车的力也要适中即保证小车的速度适中，太快波形不完整，太慢不成波形。在安装实验装置时，要保证两悬线所在直线与导轨方向垂直。

喷水式振动图像描绘仪进行简谐振动图像的演示实验： 优点：注射器喷水，针头出水，使得出水量细小而均匀；记录波形的纸可反复利用，吹风筒的帮助下干的较快，相对沙摆较干净环保。

注意：由于出水处的针头也是绑在软胶管的，因此随漏斗摆动时会有圆锥摆运动，针头尽量固定的稳一些即针头离夹子近一些。书法纸的长度太短，记录的周期太少，手动推动纸板，速度要控制好，尽量匀速。

J2221型受迫振动与共振演示仪进行受迫振动与共振实验： 优点：设计很好的解决了“相同振源的问题”，可以自己控制共振的振幅大小，实验操作较简单。

磁力驱动共振仪进行共振实验：

优点：磁力驱动有效避免了手动驱动的偶然性，不同步性，减小误差，实验更容易成功，实验现象更明显；可通过调节电压电流的大小调节振幅，控制振动幅度。

敲击式机械振源在发波水槽中进行水波的衍射和干涉演示实验： 起振操作非常简单。起始时保证弹性片没有接触到水面，多次试验，耐心体会后才能调节出干涉、衍射图样。采用其他可控制方式起振。

气流式振源在在发波水槽中进行水波的衍射和干涉演示实验：

采用气流式起振，电流大小可控制，两个出气孔与水面的夹角要保证一致，气流同时射出，与水面的距离保证相等以此保证同振源。

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