[发明专利]一种在弦线上实现稳定三维驻波的方法

说明书

本发明涉及在弦线上实现稳定三维驻波的方法。此方法要求振动源带动振动簧片振动，振动簧片具有柔韧性，能够同时在两个方向有足够大振幅的振动。由于振动簧片同时在水平面内的X和Y方向的振动，X方向的振动会使弦线在平行于水平桌面方向在振动簧片和反射挡板间产生一个与振动源相同频率的驻波。Y方向的振动会使弦线在垂直于桌面方向在振动簧片和反射挡板间产生一个频率等于二分之一振动源频率的驻波。由于两个驻波的波速相同，因此Y方向振动产生的驻波(垂直桌面方向)波长是X方向振动产生的驻波(平行于桌面方向)波长的两倍。当簧片在X和Y方向振动产生的驻波的波结位置相同时，就会形成稳定的三维驻波。即可以在同一时刻观察到垂直桌面方向形成N个稳定驻波，在平行桌面方向形成2N个稳定驻波。

技术领域

本发明涉及一种物理实验方法及实验装置，确切讲是一种大学普通物理实验中用于演示三驻波的，特别是三维驻波的方法及装置。

背景技术

观测在弦线上形成的驻波，研究波长与张力、频率及弦线密度的关系是大学物理实验课程的重要内容。这一实验不仅在力学中有重要应用，在声学、无线电学和光学等学科的实验中都有许多应用。

现有观察弦线振动形成驻波的方法是通过振动装置在一个方向振动带动弦线形成与振动源相同频率的波，最终在前方反射后形成平行于桌面的二维平面驻波。这一方法是通用方法，然而技术陈旧，可操作性不强，对于研究驻波现象缺乏新意。而且现有实验方法完全无法演示出三维驻波，因此这一实验至今仍是一个空白。

现有弦线的驻波演示装置中的振动源多是采用了音叉，在演示实验中将弦线的一端固定于音叉的一个臂上，弦线的另一端固定于振动装置外的实验台面上。实现稳定的三维驻波需要用具有柔韧性的振动簧片，保证在水平面内的两个方向产生足够大的位移。此外需要将振动簧片的与弦线方向垂直摆放。

发明内容

一种在弦线上实现稳定三维驻波的方法，在实验台面上将弦线的一端固定于振动装置上，弦线的另一端固定于振动装置外的水平的实验台面上，并使弦线保持一定的张力，通过振动源驱动振动装置带动弦线形成振动波，其中所述的振动装置为振动簧片，振动源启动前振动簧片与弦线方向垂直，簧片振动时可带动弦线在其两固定端间分别产生平行和垂直于实验台面的驻波，当相互垂直的驻波的波结位置相同时，可以在同一时刻观察到垂直桌面方向形成N个稳定驻波，在平行桌面方向形成2N个稳定驻波，即在张弦线上形成稳定的三维驻波。

优选地，本发明的在弦线上实现稳定三维驻波的方法，其弦线固定于振动装置外的另一端的固定方式是：将这一端穿过实验台面上设置的一个挡板上的小孔，再在弦线端头连接一个位于实验台面下的重物，利用使弦线张紧并保持张力。

本发明的可实现稳定三维驻波的实验装置需要将振动源驱动的振动簧片的在弦线方向垂直放置。

本发明将传统实验中同一时刻只能观察到的一个驻波的现象拓展到同时可观测不同方向的两个驻波，使得弦线在三维方向有序振动。除了可以研究驻波波长与张力、振动频率、弦线密度的关系，还可以显示弦线上质点的运动轨迹等现象。

本发明拓展了实验内容，能够演示出三维驻波，解决了现有技术长期无法解决的技术难题，同时更增强了实验操作的趣味性。

附图说明

图1为本发明的振动簧片振动方向示意图，图中1为振动簧片；

图2为三维驻波示意图。

具体实施方式

本发明以下结合实施例进行详细说明。以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不构成对本发明具体请求的保护范围的限定。