實(shí)驗(yàn)研究與水波有關(guān)的物理現(xiàn)象

秦慧嫻

一.設(shè)計(jì)原理與方法：

當(dāng)平靜的水面受到擾動(dòng)后，水產(chǎn)生振動(dòng)，并且向外傳播， 雖然水的振動(dòng)和水波向外傳播情況能被看到，但水的振動(dòng)頻率與水波傳播速度較難測(cè)定。本組利用激光器、硅光電池等器件，測(cè)定水波的速度與波長(zhǎng)。

實(shí)驗(yàn)裝置原理圖如下圖：

將揚(yáng)聲器紙盆下方與振子相連接，低頻信號(hào)發(fā)生器功率輸出端與揚(yáng)聲器相連接，接通電源后，在一定頻率范圍內(nèi)揚(yáng)聲器發(fā)生振動(dòng)，帶動(dòng)振子，在水表面產(chǎn)生平行水波。低頻信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端與示波器Ch1（通道1）相連接，調(diào)節(jié)信號(hào)頻率，可改變揚(yáng)聲器振蕩頻率。在水槽上方搭建一可移動(dòng)支架（見(jiàn)原理圖），在水槽上方的支架上安裝一半導(dǎo)體激光器，在水槽下方安裝硅光電池，使激光穩(wěn)定照射在硅光電池上，產(chǎn)生電壓。查找資料可知：

其中，ΔL為照射在硅光電池上光斑中心離開(kāi)平衡位置中心的距離；ΔU為硅光電池的輸出電壓。分析可知，硅光電池感光后輸出的電壓為一個(gè)余弦波，并且由于電池上方水的波動(dòng)，產(chǎn)生電壓的頻率與水波頻率相同

將硅光電池兩端接入示波器Ch2（通道2），這樣示波器上即可顯示出兩段相同頻率的正弦波行。

此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，在示波器上Ch2會(huì)相應(yīng)移動(dòng)。為避免外界環(huán)境影響，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在硅光電池上添加一個(gè)燈罩，避免周?chē)庠从绊?，并且加入一信?hào)放大電路，濾去干擾波。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，移動(dòng)可移動(dòng)支架，可看到波形2移動(dòng)，移動(dòng)一個(gè)周期后讀取數(shù)據(jù)，即可測(cè)出水波的波長(zhǎng)。

二.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

三.總結(jié)

1.波的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，而此處實(shí)驗(yàn)得到波速隨頻率變化而變化，可能的原因是本實(shí)驗(yàn)的振子在水面上振動(dòng)，除了帶動(dòng)水波振動(dòng)，可能也帶動(dòng)了空氣的振動(dòng)，兩種介質(zhì)的振動(dòng)混合在一起，造成了波速不同的復(fù)雜變化。

2.電壓一定的情況下，頻率越大，水波波長(zhǎng)越小。且波的傳播速度在小范圍內(nèi)越來(lái)越大。

3.在4HZ～100HZ時(shí)，示波器上水波的波形較好。

4.揚(yáng)聲器上所加的電壓與振子振幅成正相關(guān)關(guān)系。