电子08-1郑永彬弦线振动法测定液体密度实验

评分评分 大学物理实验大学物理实验设计性实验设计性实验 实实 验验 报报 告告 实验日期 实验日期 200 年年 月月 日日 实验题目实验题目 弦线振动法测定液体密度实验弦线振动法测定液体密度实验 班班 级级 电子电子 08 108 1 姓姓 名名 郑永彬郑永彬 学号 学号 37 指导教师指导教师 陈海波陈海波 2 实验实验 4 弦线振动法测定液体密度实验弦线振动法测定液体密度实验 实验提要实验提要 实验课题及任务实验课题及任务 弦线振动法测定液体密度实验 实验课题任务是 研究弦线振动时波长的大小与 弦线受到的张力有关 在其它条件不变的情况 改变弦线受到的张力即可改变波长 通T 过比较同一砝码在空气中与在待测液体中时分别产生的张力不同 而产生不同的波长 进一步求出待测液体的密度 学生根据自己所学的知识 并在图书馆或互联网上查找资料 设计出 物体在液体中 的运动研究 的整体方案 内容包括 写出实验原理和理论计算公式 研究测量方法 写 出实验内容和步骤 然后根据自己设计的方案 进行实验操作 记录数据 做好数据处理 得出实验结果 写出完整的实验报告 也可按书写科学论文的格式书写实验报告 设计要求设计要求 通过查找资料 并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书 了解仪 器的使用方法 找出所要测量的物理量 并推导出计算公式 在此基础上写出该实验的实 验原理 选择实验的测量仪器 画出实验装置原理图 设计出实验方法和实验步骤 要具有 可操作性 写出浸入待测液体中的物体体积的测量可行方法 写出浸入待测液体的密度公式 并计算出待测液体的密度 分析讨论实验结果 实验仪器实验仪器 弦振动实验仪一套 水 待测液体 烧杯等 实验提示实验提示 物体浸没在液体中受到的浮力大小为 Vgf 液 弦线在振动时频率 波长 张力及弦线的线密度有如下关系 T T1 当频率与线密度一定时 上式左右两边同时取对数 得到下式后还可以进一步简化 loglog 2 1 log 2 1 log T 提交整体设计方案时间提交整体设计方案时间 学生自选题后 2 3 周内完成实验整体设计方案并提交 提交整体设计方案 要求用纸 质版 电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里 供教师修改 参考书籍参考书籍 大学物理实验 陆廷济 胡德敬 陈铭南 主编 3 实验台号 实验台号 实验时间 实验时间 原始数据记录 原始数据记录 4 弦线振动法测定液体密度实验弦线振动法测定液体密度实验 实验目的 实验目的 1 观察横波所形成的驻波形状 2 掌握弦线振动法测定液体密度的原理和方法 3 验证弦线振动定律 4 了解实验仪器的结构及其使用方法 实验仪器实验仪器 弦振动实验仪一套 电动音叉 滑轮 弦线 砝码 钢卷尺 电子天平 天平 水 待测液体 烧杯等 实验原理实验原理 1 如图 1 所示 将细弦线的一端固定在电振音叉上 另一端绕过滑轮挂上砝码 当接通电源 调节螺钉使音叉起振时 音叉带动弦线 A 端振动 由 A 端振动引起的波沿弦 线向右传播 称为入射波 同时波在 C 点被反射并沿弦线向左传播 称为反射波 这样 一列持续的入射波与其反射波在同一弦线上沿相反方向传播 将会相互干涉 两列波的振 幅 振动方向和频率都相同 且有恒定的位相差 当它们在媒质内沿一条直线相向传播时 将产生一种特殊的干涉现象 形成驻波 2 弦共振时 驻波的振幅最大 出现波节和波腹 音叉端为稍许振动的节点 非共振 时 音叉端不是驻波的节点 波节处的振动点振动的振幅为零 始终处于静止 波腹处振 动点的振幅最大 其他各点处振动点的振幅在零与最大之间 两个相邻波节或两相邻波腹 之间的距离为 波腹和波节交替作等距离排列 相邻两波腹或波节间是半个波长 2 l 因此 只要测得相邻两波节或波腹间的距离 就能确定该波的波长 而且由于固定弦的两 端点 A 和点 C 是用劈尖支住的 故这两点一定是波节 图 1 驻波实验装置 5 3 弦线振动时波长的大小与弦线受到的张力有关 在其它条件不变的情况 改变 T 弦线受到的张力即可改变波长 通过比较同一砝码在空气中与在待测液体中时分别产生 的张力不同 而产生不同的波长 进一步求出待测液体的密度 实验内容及步骤 实验内容及步骤 1 弦线在振动时频率 共振时 弦线出现稳定的强烈振动 驻波的振幅最大 此时的弦振动频率应当和音叉的 频率相同 所以频率 100Hz 1 2 弦线振动时驻波波长的测定 因为两个相邻波节或两相邻波腹之间的距离为 波腹和波节交替作等距离排列 2 l 即相邻两波腹或波节间是半个波长 假定弦共振时 弦上有 n 个半波区 则弦线的振动弦 长 L A C 之间的距离 满足 n 1 2 2 n L 因此 沿弦线传播的横波波长为 2 nL2 3 测量弦的线密度 用钢卷尺测量出弦的长度 在分析天平上称其质量 求出线密度 0 l 0 M 3 00 lM 4 张力的测定T 弦线在振动时频率 波长 张力及弦线的线密度有如下关系 T T1 则 2 T 利用上式 可知 当物体在液体中时 测得波长为 则同一砝码在空气中弦线受到的张力 4 2 T 当物体在空中时 测得的波长为 则同一砝码在液体中弦线受到的张力 5 2 T 5 测量物体的体积 6 由阿基米德原理可知 浸在液体中的物体受到向上的的浮力 其大小等于物体排开的 液体的重量 根据这一定律 我们可以求出物体的体积 将固体用细线扎好 吊在天平挂 钩上 在空气中称出重物的质量 然后把固体全部浸入水中 天平平衡时 所加的砝码 1 M 则物体所受浮力m mggMg 1 V 水 6 水 所以 物体的体积为 mM 1 V 6 物体浸没在液体中受到的浮力大小为 7 Vgf 液 浸没在液体的物体受到张力 T 张力 和浮力的作用下平衡 即 T f 8 TfT 综合以上各式可得 液体的密度 2 1 2 1 1 M Mm 水 液 7 上述物理量重复测量 5 次 8 作图 实验数据 实验数据 频率100Hz 测 量 次 数 待测的 砝码质 量 1 M 在空中 时弦线 长l 在空中时 半波数 n 在液体中时 弦线长 l 在液体中时 半波数 n 测量体积时 天平左端砝 码质量m 1