- •Агентство российской федерации
- •Волны в упругих средах Краткая теория Стоячие волны
- •Собственные колебания
- •Скорость волны в струне
- •Скорость звука
- •Работа №1. Изучение собственных колебаний струны
- •Описание установки
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Работа №2. Определение скорости звука
- •Описание установки
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Оптика Введение
- •Работа №3. Изучение законов отражения и преломления света Законы отражения и преломления света
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №4. Определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Работа №5.Измерение длины волны света с помощью бипризмы Френеля Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №6. Определение показателя преломления стеклянной пластины в интерференционном опыте с полосами равного наклона Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Работа №7. Определение радиуса кривизны линзы в интерференционном опыте с кольцами Ньютона Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №8. Изучение дифракции света на щели Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы.
- •Работа №9. Измерение периода дифракционной решётки Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №10. Исследование поляризованного света Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Оглавление
Контрольные вопросы
1. Что такое стоячая волна? Как она образуется?
2. Чему равна скорость поперечных волн в струне?
3. Что такое обертон?
4. Почему, по Вашему мнению, при одной и той же частоте генератора частоты могут возникать стоячие волны различных порядков?
5. Почему не слышно звука струны?
Работа №2. Определение скорости звука
Цель работы: измерение частоты колебаний и длины волны при резонансе звуковых колебаний в воздухе, заполняющем трубу, и определение скорости звука по данным проведенных измерений.
Оборудование: звуковой генератор, осциллограф С1-94, раздвижная труба
Звуковая волна, распространяющаяся вдоль трубы, испытывает многократные отражения от ее концов. Если длина трубы Lравна целому числу полуволн, где— длина волны звука в трубе,n — целое число, то в трубе возникают стоячие волны и наступает резонанс.
Скорость звука vсвязана с его частотойи длиной волнысоотношением
. (7)
Условия, при которых возникает резонанс, а момент его наступления легко видеть по резкому увеличению амплитуды синусоиды на экране осциллографа, можно подобрать двумя способами.
При постоянной длине трубы Lплавно меняем частоту звукового генератора, а значит и длину волны. При различных длинах волн возникают последовательные резонансы:
,
с учетом (7) имеем:
,, … ,
.
Теперь, если построить график зависимости частоты от номера резонанса, то по его наклону можно определить v/2L.
Не меняя частоту звукового генератора, а значит, не меняя длину волны звука, можно менять длину раздвижной трубы L.Ее длина постепенно увеличивается, и мы наблюдаем ряд последовательных резонансов, им соответствуют следующие значения длин раздвижной трубы:
,, … ,.
Соответственно построив график зависимости длины трубы от номера резонанса, по его наклону мы определим , и по формуле (7) найдем скорость звука.
Описание установки
Экспериментальная установка показана на рис.3.
Рис.3. Схема экспериментальной установки.
Звуковые колебания возбуждаются мембраной динамика, приводимой в движение переменным током от генератора ГСФ-2, и улавливаются микрофоном, сигнал от которого поступает на осциллограф С1-94.
Задание
1. Изучите установку. Ручкой "Амплитуда" установите минимальный выходной сигнал, чувствительность осциллографа установите максимальной.
2. Включите звуковой генератор и осциллограф и дайте им прогреться 5-7 минут.
3. Зная, что скорость звука составляет около 300 м/сек, рассчитайте на какую частоту следует настроить звуковой генератор, чтобы на длине трубы укладывалось 2-3 длины полуволны звука, и настройте генератор на эту частоту. Амплитуду выходного сигнала подберите так, чтобы слышать негромкий звук динамика.
4. Настройте осциллограф. Для этого переключателем развертки и ручкой уровня синхронизации добейтесь устойчивой синусоидальной картины колебаний.
5. Измерив длину трубы L, и оставляя ее неизменной плавно увеличивайте частоту звукового генератора. Отмечайте частоты, при которых наступает резонанс. Проведите 4-5 измерений частоты.
6. Установив частоту звукового генератора около 2 кГц, и не меняя ее, изменением длины раздвижной трубы найдите 3-4 последовательных резонанса. Измерьте соответствующие длины трубы.
7. Постройте график зависимости частоты звука от номера резонанса, и график зависимости длины трубы от номера резонанса. Определите по графикам скорость звука.
Оцените погрешность полученных результатов.
Проверьте соответствие экспериментально полученного результата скорости звука, со значением, даваемым теоретической формулой (6).