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大学物理实验设计性实验
实验报告
实验题目: 弦线振动法测定液体密度
班级: 计算机07-1班
姓名: 钟广生学号: 41
指导教师: 陈海波
茂名学院技术物理系大学物理实验室
实验日期:2008年 12 月 9 日
《弦线振动法测定液体密度实验》实验提要
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
(1) 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。
(2) 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。
(3) 写出浸入待测液体中的物体体积的测量可行方法;
(4) 写出浸入待测液体的密度公式,并计算出待测液体的密度。
(5) 分析讨论实验结果。
实验仪器
弦振动实验仪一套、水、待测液体、烧杯等。
实验提示
物体浸没在液体中受到的浮力大小为:
弦线在振动时频率、波长、张力及弦线的线密度有如下关系:
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。
学时分配
教师指导(开放实验室)和开题报告1学时;实验验收,在4学时内完成实验;
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
《大学物理实验》陆廷济胡德敬陈铭南主编
弦线振动法测定液体密度实验
姓名:钟广生班级:计算机07-1班联系方式:**********
一、实验目的:
1、学会观察在弦线上形成的驻波,并用在实验中确定的弦线振动时的驻波波长与张力、频率之间的关系,测定液体的密度。
2、掌握弦振动实验仪的使用,以及掌握和巩固物阿基米德原理
3、学会用对数最小二乘法对数据进行处理。
二、实验仪器:
弦振动实验仪一套、弦线、砝码、烧杯、待测液体、水。
三、实验原理:
1. 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。如图1所示。
图(1 ) 驻波实验装置
空气中和待测液体中的实验装置图分别如下图(2):
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。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。
2、在弦线下端悬挂质量为m的砝码,则张力T=mg。当波源振动时,即在弦线上形成向左传播的横波,当横波到达C点后产生反射,由于前进波与反射波能够满足相干条件,在弦线上形成驻波。当振动弦长L(AC之间的距离)为半波长的整数倍时,才能形成振幅最大且稳定的驻波。则弦线的振动弦长L必须满足:
(n=1,2,····) (1)
由上式亦可得到沿弦线传播的横波波长为
(2)
式中n为弦线上驻波的波腹数,显然在驻波实验中,只要测得两相邻波节或两相邻波腹之间的距离,就能确定该波的波长。
3. 当横波沿弦线传播时,在弦线张力T不变的情况下,根据波动理论容易得到,弦线的振动频率为,弦线上传播的横波波长为,张力T和弦线的线密度(单位长度的质量)之间有如下关系:
(3)
为了用实验证明公式(3)成立,将该式两边取对数,得:
(4)
4、通过比较增加待测砝码个数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,根据公式,得:
在空气中:
(5)
在水中:
(6)
在待测液体中:
(7)
(5)-(6)得:
即: (8)
而砝码浸没在水中受到的浮力大小为:=
由(5)-(7)可得:
即: (9)
由=得: (10)
将(8)和(9)式代入(10)式中得:
这就是最终求液体密度的公式
四、实验内容与步骤:
1、测量弦线张力时,将变压器输入插头与220v交流电源接通,输出端与主机上的航空座相连