
Вивчення основних властивостей хвильових явищ
Мета роботи: дослідити основні властивості хвильових явищ на поверхні води.
Обладнання: пристрій для вивчення хвильових явищ на поверхні води, набір наконечників та екранів, лінійка.
БУДОВА ТА ПРИНЦИП РОБОТИ УСТАНОВКИ
1. Принцип дії пристрою грунтується на освітленні переривчастим освітленням хвильової картини на поверхні води (частота приривань світлового потоку повина співпадати з частотою хвиль) і проектуванні хвильової картини на екран. Внаслідок стробоскопічного ефекту, який при цьому виникає, на екрані спостерігається стояча картина хвиль, по якій проводяться виміри.
2. Пристрій виконано в настільному варіанті і складається він із діаскопа 1 і електронного блоку 2 (мал. 1)
3. Діаскоп (мал. 2) виконаний у вигляді штативу 1, з основою 2 яка служить екраном. У верхній частині діапроектора є точкове джерело світла 3 (лампа РН8-20-1). Світловий потік від лампи модулюється обтюратором 4, який сидить на валу електромотора 5. модульований світловий потік падає на поверхню води у вані 6.
4. Джерелом збудження хвиль різної частоти служить вібратор 7, яеий коливається при допомозі ексцентрика 8, закріпленого на валу електромотора 5. до вібратора кріпляться змінні наконечники 9, що збуджують хвилі на поверхні води.
5. Модульоване освітлення створює стробоскопічний ефект, що дозволяє фіксувати будь-яку фазу коливань, тобто “зупинити” для спостереження хвилі, що “біжать”.
6. Частота (довжина) хвилі на поверхні води частотою обертання валу елктромотора і керується електронним блоком.
Частота модульованого світлового потоку, співпадає з частотою хвиль, вимірюється фотодатчиком 10 і індукується на передній панелі електронного блоку. На передню панель електронного блоку винесені ручки керування чатотою (“Грубо” і “Плавно”) і кнопка включення мережі.
П О Р Я Д О К Р О Б О Т И
1. Ознайомитись з відповідним матеріалом §§58-59 шкільного підручника [12] і методичними рекомендаціями щодо проведення демонстрацій та фронтальних лабораторних робіт з даної теми[1, 4, 6, 10, 11].
2. При виконанні роботи ознайомитись з технологією постановки та методичними особливостями проведення демонстраційних дослідів [7: с. 209-214; 10: с. 73-75, с. 97, с. 115-116]:
1) Визначення довжини хвилі
а) Встановити на вібратор точечний наконечник. На електроному блоці встановити певну частоту по індикаторній панелі ручками грубої та плавної настройки, щоб спостерігалась нерухома картина хвиль. Покласти на основу діаскопа діазокальку (білий аркуш) і зафіксувати її положення пужинами.
б) Виміряти за допомогою лінійки відстань L між гребнями (або впадинами) хвилі, що спостерігаються на екрані один від одного на n довжин хвиль (n=8-12), і визначити довжину хвилі за формулою =L/nk (k – збільшення діапроектора), k=3 (0.2).
в) Провести вимірювання для інших частот коливань (за вказівкою викладача).
г) Провести вказані вимірювання з плоским наконечником вібратора.
2) Вивчення інтерференції хвиль від двох когерентних джерел.
а) Встановити на вібратор подвійний наконечник, отримати на екрані нерухому інтерференційну картину для будь-якої з частот коливань вібратора.
б) Замалювати цю картинку на встановлену діазокальку (аркуш).
в) Вибравши довільні точки з посиленням або послабленням, перевірити, чи виконуються умови спостереження інтерференційного максимума (мінімума).
3) Вивчення дифракції хвиль від щілини.
а) Встановити лінійний наконечник на вібратор і спостерігати проходження хвиль через щілину при різних значеннях її ширини. Провести спостереження коли a>>, і коли a .
б) Міняючи ширину щілини, знайти критичні значення акр, при якому стає замітним заходження хвиль в область геометричної тіні.порівняти отримане значення з довжиною хвилі .
в) Повторити дослід для інших частот вібратора.
4) Вивчення дифракції на двійній щалині та гратці.
а) Отримсати картину хвильвого поля за подвійною щілиною та граткою.
б) У напрямку де спостерігається максимум амплітуди коливань, визначити кут і порівняти його з теоретичним значенням, що розраховується за формулою:
d*sin=n*,
де n-ціле число, - довжина хвилі, d – стала гратки.
5) Визначення поверхневої хвилі поверхневих хвиль.
Дослід провести згідно з завданням 2. [7.с.213]
3. Розглянути методичні особливості проведення демонстрацій та лабаторних робіт при використані пристрою ФПВ 02М
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Які основні хвильові явища ви знаєте?
2. Які хвилі називаються капілярними?
3. Які хвилі називаються гравітаційними?
4. Як визначається фазова швидкість хвилі?
5. Що таке довжина хвилі?
6. Умова спостереження інтерференційного максимума (мінімума)?
7. Які джерела називаються когерентними?
8. Що таке дифракпія, умови її спостереження?
9. Які досліди можна спостерігати за допомогою навчального пристрою ФПВ 02М?
Л І Т Е Р А Т У Р А :
1. Анциферов Л.И., Пищиков И.М. Практикум по методике и технике школьного физического эксперемента.– М.: Просвещение, 1984.–225 с.
2. Буров В.А., Иванов А.И., Свиридов В.И. Фронтальные эксперентальные задания по физике: 10 кл. – М.: Просвещение, 1987. – 48 с.
3. Величко С.П., Ковальов І.З. Лазер в шкільному курсі фізики. – К.: Радянська школа, 1989. – 143 с.
4. Гайдучок Г.М., Нижник В.Г. Фронтальний експеримент з фізики у 7-11 класах середньої школи. – К.: Рад. шк., 1989. – 175 с.
5. Комплект оптического оборудования “Свет” ФПВ 05 (Паспорт на оборудование ГИФК.161414.001 ПС), 1989.
6. Коршак Є.В., Миргородський Б.Ю. Методика та техніка шкільного фізичного експерименту. Практикум. – К.: Вища школа, 1981. – 280 с.
7. Лабораторний практикум по физике /Под ред. А.С.Ахматова.– М.: Высш. школа, 1980. – 360 с.
8. Програми середньої загальноосвітньої школи. Фізика., К.:Рад.шк., 1992.
9. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.В., Фізика: Підручник для 11 кл. Сер. Шк. – К.: Радянська школа, 1991. – 272 с.
10. Шахмаев Н.М., Павлов Н.И., Тыщук В.И. Физический эксперимент в средней школе: Колебания и волны. Квантовая физика. – М.: Просвещение, 1991. – 223 с.
11. Чепуренко В.Г., Нижник В.Г., Гайдучок Г.М. Лабораторні роботи з фізики у 8 – 10 класах. – К.: Радянська школа, 1976. – 257 с.
12. Кікоїн І.К., Кікоїн А.К. Фізика: Підручник для 9-кл. Сер. Шк. – К.: Радянська школа, 1990. – 207 с.