Методические указания а. Д. Рожковский (стр. 8 из 20)
Меняя скорость распространения волн правым движком, проследите, как меняется длина волны при увеличении или при уменьшении скорости распространения, и сделайте вывод. Скорость распространения волн зависит от свойств среды!!! Поэтому при изменении положения правого движка среда меняется. Для наглядности модели при этом меняется цвет жидкости.
Задание 3. Эффект Доплера.
Переведите переключатель рядом с кнопкой Пуск в положение Эффект Доплера. Запустите движение. Проследите, как изменилась волновая картина при движении источника волн. Что происходит с расстоянием между кругами (длиной волны) в направлении движения источника волн и в противоположном? Меняя скорость движения источника левым движком, изучите зависимость этого эффекта от скорости движения источника и сделайте вывод. Как можно определить по изменению длины волны направление движения источника волн если известна длина волны ( λ0 ) от неподвижного источника?
За время равное периоду T, волна перемещается на расстояние равное - T.V, где V - скорость распространения волн. При движении источника расстояние между кругами (длина волны), в зависимости от направления движения источника, увеличивается или уменьшается на величину равную - T.Vи где Vи - скорость движения источника. Используя это, выведите формулу для эффекта Доплера.
Задание 4. Тест.
Переведите переключатель рядом с кнопкой Пуск в положение Волны. Задайте произвольное значение периода Т и установите в произвольное положении правый и левый движки (левый движок не должен находиться в нижнем положении!). После этого, не перемещая движки и не меняя значение периода, запустите движение, и по волновой картине определите длину волны. По периоду и по измеренной длине волны рассчитайте скорость распространения волн. Подставьте найденное значение в окно слева от кнопки Тест, и нажмите на нее. При не правильно определенном значении вам придется провести расчеты заново и повторить попытку. Если значение найдено правильно, переведите переключатель рядом с кнопкой Пуск в положение Эффект Доплера и запустите движение. По волновой картине определите длину волны в направлении движения источника и в противоположном направлении. Используя формулу для эффекта Доплера, определите скорость движения источника волн и подставьте в окно слева от кнопки Тест. Проверьте правильность результата. Если результат правильный, покажите его преподавателю.
Лабораторная работа № 4. Форма отчета.
Общие требования к оформлению
Работа выполняется на листах бумаги формата A4, или на двойных тетрадных листах.
В заголовке указываются:
Фамилия и инициалы студента, № группы
НАЗВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Каждое задание лабораторной работы оформляется как ее раздел и должно иметь заголовок. В отчете по каждому заданию, должны быть даны ответы на все вопросы и, если это указано, сделаны выводы и приведены необходимые рисунки. Результаты тестовых заданий обязательно должны быть показаны преподавателю. В заданиях, включающих в себя измерения и расчеты, должны быть приведены данные измерений и данные проведенных расчетов.
Задание 1. Особенности волнового движения
Ответы на вопросы. Рисунок волнового движения.
Задание 2. Волновое движение.
Таблица: Зависимость длины волны от периода.
| № | Т (c) | λ (см) |
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
Ответы на вопросы. Выводы.
Задание 3. Эффект Доплера.
Ответы на вопросы. Вывод формулы эффекта Доплера.
Задание 4. Тест.
Результаты измерений и расчеты скорости распространения волн и скорости движения источника.
Контрольные вопросы для проверки усвоения темы лабораторной работы:
1. Дайте определение волнового движения.
2. Чем отличается волновое движение от движения материальных тел?
3. Можно ли рассматривать волновое движение в точке и применимо ли к нему понятие траектории?
4. Чему равна длина волны? Поясните с использованием мгновенного изображения движения в Вашем отчете.
5. Какие движения совершают частицы среды в поперечных и продольных волнах?
6. Будет ли скорость распространения волн зависеть от длины волны?
7. Изложите суть эффекта Доплера.
8. Как по эффекту Доплера определить приближается, или удаляется источник волн?
9. Можно ли по эффекту Доплера определить скорость и направление движения звезд и галактик?
Лабораторная работа № 5. ОПИСАНИЕ
Интерференция света.
Рабочее окноВид рабочего окна приведен на Рис. 1.1. В рабочем окне приведена модель интерференции света. Справа внизу схематично изображены условия, при которых можно наблюдать это явление. В нижней части окна расположены движки, при помощи которых можно изменять различные параметры. А рядом с ними - окна, в которых приводятся значения этих параметров.
Рисунок 1.1.
Изменяемые параметры: длина волны, расстояние между щелями, ширина щелей и расстояние от экрана до щелей. Для проведения измерений в рабочем окне расположена перемещаемая линейка.
Для открытия рабочего окна нажмите на его изображение.
Тест.
Рабочее окно теста Вид рабочего окна теста приведен на Рис. 2.2. В нижней части окна расположены кнопки теста. В окне вверху слева - окно для ввода рассчитанной длины волны, а справа число попыток. При нажатии на кнопку Тест случайным образом задается длина волны, которую надо рассчитать по интерференционной картине.
Рисунок 2.2.
При нажатии на кнопку Проверить проверяется правильность рассчитанной длины волны. Если число попыток превышает 3, проверка становится недоступной и снова надо нажать кнопку Тест.
Для открытия рабочего окна нажмите на его изображение.
Лабораторная работа № 5. Теория
Дифракция и интерференция волн.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Дать представление студентам о специфических явлениях, характерных для всех видов волн. С использованием модели дифракции волн на двух щелях наглядно продемонстрировать конструктивную и деструктивную суперпозицию волн, имеющих, в зависимости от выбранного пути распространения, различные фазы. В качестве модели, в данной работе используется уравнение, описывающее распределение интенсивности потока света попадающего на экран от двух щелей.
Если на пути потока света поставить непрозрачный предмет, то за ним возникает область тени. А вот от звука отгородиться не так-то просто - слышать можно и из-за угла.
Дифракция света - это совокупность явлений, наблюдаемых при распространении волн в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени.
Чем меньше ширина преграды и чем больше длина волны, тем сильнее проявляется дифракция. Звук, имеющий длину волны порядка метра, легко огибает края препятствий. Оптическую дифракцию в обычных условиях заметить трудно, т.к. длина волны видимого света меньше микрометра.
На рисунках 1.1 и 1.2 приведены примеры дифракции волн, возникающих на поверхности жидкости. Распространяясь от источника, волны не взаимодействуют с препятствием B, размеры которого меньше длины волны, а отверстие, в преграде стало источником волн, т. к. размеры отверстия также меньше длины волны. Обратите внимание, что от преграды А волна отразилась и движется в обратном направлении.
Дифракция волн
Рисунок 1.1.
Для наблюдения дифракции на щели, ширина щели должна быть достаточно малой (но не менее половины длины волны).
Рисунок 1.2
Условия возникновения интерференции волн
Рисунок 1.3.
В различных точках пространства при распространении волны частицы могут колебаться синхронно (в фазе) и в противоположных направлениях (в противофазе). Из этого следует, что при наличии двух одинаковых по частоте и амплитуде источников волн, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, суммарная амплитуда колебаний частиц среды в определенных точках пространства может, как увеличиваться (конструктивная суперпозиция волн), так и быть равной нулю (деструктивная суперпозиция волн).
Интерференция света
При дифракции волн от двух щелей (Рис. 1.4.), в соответствии с правилом Гюйгенса, каждая щель при попадании на нее световых волн определенной длины становится источником вторичных волн, когерентных между собой. Когерентными называются волны, если их разность фаз не зависит от времени. На этом рисунке: A — источник света, B - преграда с двумя отверстиями, C — экран с наблюдаемой интерференционной картиной.
Рисунок 1.4