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后，水產(chǎn)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(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，帶動振子，在水表面產(chǎn)生平行水波。低頻信號發(fā)生器電壓輸出端與示波器Ch1（通道1）相連接，調(diào)節(jié)信號頻率，可改變揚(yáng)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(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(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。

此時轉(zhuǎn)動移動轉(zhuǎn)盤，在示波器上Ch2會相應(yīng)移動。為避免外界環(huán)境影響，在實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)動轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，即可測出水波的波長。

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，除了帶動水波振動，可能也帶動了空氣的振動，兩種介質(zhì)的振動混合在一起，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，水波波長越小。且波的傳播速度在小范圍內(nèi)越來越大。

3.在4HZ～100HZ時，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。