2.Порядок выполнения работы

1. Включить генератор, подождать 2-3 мин, пока он прогреется. Установить частоту на нуль. Нагрузить струну грузом.

2. Увеличивая частоту звукового генератора, получить стоячие волны, соответствующие n=1,2,3,4,5,6, записывая частоты υ, при которых наблюдались стоячие волны максимальной амплитуды.

3. Вычислить собственные частоты струны .

4. Результаты эксперимента представить в виде графика, откладывая по оси X значения частот, отсчитанные по лимбу генератора υ, а по оси ординат – расчетные собственные частоты струны _n.

5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу. Сделать выводы по работе.

n	υ, Гц	Δυ, Гц	ευ, %	υn, Гц	Δυn, Гц	ευ, %
1
2
3
4
5
6

3.Контрольные вопросы

1. Что такое волна? Что такое бегущая волна, стоячая волна? Выведите уравнение стоячей волны, возникающей в струне.

2. Почему вибратор, создающий вынужденные колебания струны, целесообразно помещать вблизи закрепленного конца струны?

3. Как происходит отражение волны от свободного и закрепленного концов струны?

4. Систематические или случайные ошибки определяют погрешность проведенных вами измерений.

лабораторная работа № 6.3

Исследование электромагнитных волн в двухпроводной линии

Цель работы: получение стоячих электромагнитных волн; ознакомление с особенностями стоячих электромагнитных волн.

Приборы и принадлежности: генератор электромагнитных волн, двухпроводная линия, отражатель, индикатор электромагнитных волн по току, индикатор электромагнитных волн по напряжению.

1.Вывод рабочих формул и описание установки

Рассмотрим явление возникновения электромагнитных волн (ЭМВ) в двухпроводной линии. Пусть источник переменного тока создает в точке О линии (рис.1) электрическое поле Е, которое возрастает. Согласно теории Максвелла, изменяющееся электрическое поле, т.е. ток смещения, вызывает появление магнитного поля. Модуль и направление этого поля соответствуют току с плотностью . Применяя правило буравчика, находим, что магнитное поле Н направлено так, как показано на рис.1.

Но изменяющееся магнитное поле вызовет появление вихревого электрического поля. Поэтому в следующий момент времени возникает электрическое поле Е₁. Оно будет направлено так же, как и индукционный ток, возникающий под действием магнитного поля Н.

Если бы проводов в линии не было, то линии этого поля содержали бы участки, отмеченные штрихами. При наличии проводов возникает ток проводимости i и штриховые участки линий Е₁ будут отсутствовать.

Возрастающее электрическое поле Е₁ представляет собой ток смещения, который вызывает появление магнитного поля Н₁. Из рис.1 видно, что в точке О поле Е₁ будет уничтожать поле Е, а поле Н₁ компенсировать поле Н. В последующие моменты времени явления будут происходить аналогично предыдущим.

Предположим, что линия на конце замкнута проводящим мостиком. Так как концы проводов замкнуты, то напряжение между ними всегда будет равно нулю и на конце линии будет расположен узел напряжения (узел электрического поля). И напротив, сила тока в проводящем мостике будет наибольшей, и на конце линии образуется пучность тока (пучность магнитного поля). Следует помнить, что в стоячей ЭМВ узлы электрического поля (напряжения) совпадают с пучностями магнитного поля (тока) и наоборот.

Ясно, что в ограниченной двухпроводной линии возможны только определенные стоячие волны. Если линия на одном из концов замкнута проводящим мостиком, то на разомкнутом конце линии всегда будет находиться пучность напряжения и узел тока, а на замкнутом конце – узел напряжения и пучность тока. Поэтому в линии будут возможны только волны такого типа, как показано на рис.2. Их длина удовлетворяет условиям , (кривая 1), основное колебание (кривая 2), и в общем виде: ,

т.е. длина волны должна быть равна нечетному числу четвертей длины волны генератора.

Точно так же можно показать, что для линии, разомкнутой на концах, .

Таким образом, получив стоячую ЭМВ и измерив расстояние между соседними узлами либо пучностями, можно найти длину и частоту ЭМВ: ,

г де  - скорость распространения ЭМВ в среде, в которой находится линия.

В лабораторной установке (рис.3) двухпроводная линия смонтирована на лабораторном столе, и для ее натяжения используются грузы, перекинутые через блоки (1,2).

По линии может свободно перемещаться мостик (отражатель) (3) для короткого замыкания. Перемещением отражателя линию настраивают в резонанс с генератором (4).

Для обнаружения пучностей тока используется обычная лампочка накаливания (5) напряжением 2,5В. Для обнаружения пучностей напряжения используется такая же лампочка накаливания (5) напряжением 2,5В, но с изолированными от линии контактами.

Следует помнить, что расстояние между двумя соседними пучностями тока или напряжения равно половине длины ЭМВ, возбуждаемой генератором (4).