简明大学物理实验教程 课件 ch5 振动与波动实验

第五章振动与波动实验物理学-实验-高等学校-教材简明大学物理实验教程01示波器的基本使用PARTONE“示波管”是示器的核心部件，用以显示信号的波形。“Y放大与衰减器”将从“Y输入”的信号放大或衰减，送到示波器的竖直偏移系统。“X放大与衰减器”是将从“X输入”的信号放大或衰减，送到示波器的水平偏移系统。当需要观测波形时，将“K2”扳向上方，当需要将两个信号正交合成时，将“K2”扳向下方。“扫描信号发生器”电路能产生锯齿波电压，与“Y输入”的信号正交合成后能显示“Y输入”的信号波形，“触发同步”电路的作用是使波形稳定1.示波器的基本结构一、通用示波器的原理③第一阳极——聚焦：第一阳极呈圆柱形(或圆形)，有几个间壁，第一阳极上加有几百伏的电压，形成一个聚焦的电场。当电子束通过此聚焦电场时，在电场力的作用下，电子汇合于一点，结果在荧光屏上得到一个又小又亮的光点，调节加在第一阳极上的电压可达到聚焦的目的。④第二阳极——电子的加速：第二阳极上加有1000V以上的电压。聚焦后的电子经过这个高电压场的加速获得足够的能量，使其成为一束高速的电子流。这些能量很大的电子打在荧光屏上可引起荧光物质发光。能量越大就越亮，但不能太大，否则将因发光强度过大而烧坏荧光屏。一般来说，第二阳极上的电压在1500V左右即可。2.示波器的结构和工作原理一、通用示波器的原理(2)偏转板：由两对相互垂直的金属板构成，在两对金属板上分别加直流电压以控制电子束的位置。适当调节电压可以把光电或波形移到荧光屏的中间部位。偏转板除了加直流电压外，还可加待测物理量的信号电压，在信号电压的作用下，光点将随信号电压变化而变化，形成一个反映信号电压的波形。(3)荧光屏：荧光屏上面涂有硅酸锌、钨酸镉、钨酸钙等磷光物质，能够在高能电子轰击下发光。辉光的强度取决于电子的能量和数量。在电子射线停止作用前，磷光要经过一段时间才熄灭，这个时间称为余辉时间。2.示波器的结构和工作原理一、通用示波器的原理(4)偏转系统：自阴极发射的电子束，经过第一栅极、第二栅极、第一阳极、第二阳极的加速和聚焦后，形成一个细电子束。竖直偏转板(常称为Y轴)及水平偏转板(常称为X轴)所形成的二维电场，使电子束发生位移，位移的大小与X、Y轴上所加的电压有关：2.示波器的结构和工作原理一、通用示波器的原理如果只在竖直偏转板上加一交变正弦电压，则电子束的亮度将随着电压的变化在竖直方向上来回运动。如果电压频率较高，就能看到一条竖直的亮线，如图5-3所示。如果要显示波形，则必须同时在水平偏转板上加扫描电压，使荧光屏上的亮点沿水平方向拉开。3.示波器显示波形的原理一、通用示波器的原理这种扫描电压的特点是电压随时间呈线性关系增加到最大值，然后突然回到最小值，而后再重复变化。这种扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称为锯齿波电压。当只有锯齿波电压加在水平偏转板上时，如果频率足够高，则荧光屏上只显示一条水平亮线，即扫描线或时间基线。如图5-4所示，产生锯齿波扫描电压的电路在图5-1中用“扫描信号发生器”方框表示。3.示波器显示波形的原理一、通用示波器的原理3.示波器显示波形的原理一、通用示波器的原理02弦振动基础性实验PARTTWO实验目的010203观察弦线上形成的驻波现象。熟悉机械波干涉特性以及驻波形成的条件。用驻波测定弦振动的频率。实验仪器实验仪器电动音叉、振动弦线、滑轮、砝码、劈形木座、米尺、天平。振动方向相同、频率相同、周相相同或者相差恒定的两列波叠加时，在空间某些点处，振动始终加强，而在另一些点处，振动始终减弱或完全抵消，这种现象称为波的干涉现象，产生干涉现象的波称为相干波。本实验仅仅讨论在弦线上形成的横驻波。设有两列简谐波，分别沿x轴的正、负方向传播，其波动方程分别为实验原理实验原理实验装置03弦振动综合性实验PARTTHERE实验目的010203了解波在弦上的传播及驻波形成的条件。测量不同弦长和不同张力情况下的共振频率。测量弦振动时波的传播速度。实验仪器1.DH4618型弦振动研究实验仪。2.SDS102DL鼎阳数字示波器。实验仪器实验仪器实验仪器信号源的操作步骤：(1)打开信号源的电源开关，信号源通电。调节频率，频率表应有相应的频率指示。用示波器观察“波形”端，应有相应的正弦波调节“幅度调节”旋，波形的幅度产生变化，当幅度调节至最大时，波形的峰-峰值应≥10V，这时仪器已基本改善，再通电预热10min左右即可进行弦振动实验。(2)按实验内容和步骤的说明，将驱动传感器的引线接至信号源的“激励”端，注意连线的可靠性。(3)信号源的频率“粗”用于较大范围地改变频率，“细”用于准确地寻找共振频率。由于弦线的共振频率的范围很小，故应细心调节，不可过快，以免错过相应的共振频率。(4)当弦线振动幅度过大时，应逆时针调节“幅度调节”旋钮，减小激励信号；当弦线振动幅度过小时，应加大激励信号的幅度。注意事项1.信号源的“激振”输出为功率信号。2.信号源的频率稳定度和显示精度都较高，故使用前应预热。实验原理实验原理实验原理实验原理04声速的测量实验PARTFOUR实验目的01了解压电陶瓷换能器的工作原理。02学习超声波的产生原理和接收方法。03用驻波法和相位法测量波长和声速。实验仪器示波器、信号发生器和超声声速测定仪。实验仪器实验原理实验原理1驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，叠加后合成波就是驻波，由式(5-13)、式(5-14)可得相邻两波腹(波节)的距离为半个波长。由此可见，只要在实验中测得波节或波腹间的距离，就可以确定波长。2相位比较法测波长从