實驗研究與水波有關的物理現象

秦慧嫻

一.設計原理與方法：

當平靜的水面受到擾動后，水產生振動，并且向外傳播， 雖然水的振動和水波向外傳播情況能被看到，但水的振動頻率與水波傳播速度較難測定。本組利用激光器、硅光電池等器件，測定水波的速度與波長。

實驗裝置原理圖如下圖：

將揚聲器紙盆下方與振子相連接，低頻信號發生器功率輸出端與揚聲器相連接，接通電源后，在一定頻率范圍內揚聲器發生振動，帶動振子，在水表面產生平行水波。低頻信號發生器電壓輸出端與示波器Ch1（通道1）相連接，調節信號頻率，可改變揚聲器振蕩頻率。在水槽上方搭建一可移動支架（見原理圖），在水槽上方的支架上安裝一半導體激光器，在水槽下方安裝硅光電池，使激光穩定照射在硅光電池上，產生電壓。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余弦波，并且由于電池上方水的波動，產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。

此時轉動移動轉盤，在示波器上Ch2會相應移動。為避免外界環境影響，在實驗過程中，在硅光電池上添加一個燈罩，避免周圍光源影響，并且加入一信號放大電路，濾去干擾波。轉動轉盤，移動可移動支架，可看到波形2移動，移動一個周期后讀取數據，即可測出水波的波長。

二.實驗現象：

三.總結

1.波的傳播速度只與介質有關，與其他因素無關，而此處實驗得到波速隨頻率變化而變化，可能的原因是本實驗的振子在水面上振動，除了帶動水波振動，可能也帶動了空氣的振動，兩種介質的振動混合在一起，造成了波速不同的復雜變化。

2.電壓一定的情況下，頻率越大，水波波長越小。且波的傳播速度在小范圍內越來越大。

3.在4HZ～100HZ時，示波器上水波的波形較好。

4.揚聲器上所加的電壓與振子振幅成正相關關系。