鱼洗 大型蛇形摆物理实验报告

鱼洗

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【实验目的】：演示一种固体（铜盆）中的驻波通过液体（水）的喷射而显示的趣味物理现象，激发学生探求自然界奥秘的兴趣。

【实验仪器】：鱼洗铜盆

【实验原理】：鱼洗是一个由青铜铸造的、具有一对提把的盆，大小和一般脸盆差不多。在盆内盛有半盆水，用双手轻搓两个把手，盆就嗡嗡地振动起来。盆中的水在盆的振动中可从水面与盆壁相交的圆周上的四个点喷射出水花，若操作得当，激起的水花可高达400~500mm。

本实验的物理原理可分三个过程加以说明：

1、操作者手搓提把，使能量传入的过程，是一个非线性自激振动过程，其物理实质是用单方向的力激起提把的振动。

2、提把的振动耦合为盆体的横驻波共振。鱼洗盆的提把安装在盆内侧面的相对的两侧，它的振动可以耦合为盆体的横驻波共振。本实验所用鱼洗盆侧面环盆一周有4个波节、4个波腹的驻波模的频率与提把自激振动的频率相接近（最好略高一点）时，可以最有效地激起该模的振动。

3、波腹处剧烈的振动使水具有的动能大于水的表面张力限定的势能，且能克服重力再向上运动时，水被撕裂成水珠从水面飞出，形成向上喷射的水花。本实验鱼洗盆中激起的振动为4波腹4波节模式，所以有4股水花从波腹处飞出。使提把由于非线性过程而产生的自激振动的频率接近鱼洗盆侧面横驻波模式（4波腹4波节）的固有频率，是本装置结构的关键。

【实验步骤】：

1、向鱼洗盆内注入半盆水，把鱼洗盆放到软垫上。

2、操作者伸开两手掌，掌面蘸少许水（用洗手液洗净双手），将两手掌放在鱼洗盆的两个提把上，轻柔均匀地使手掌在提把上来回滑动。当听到鱼洗盆嗡嗡振动起来时，便有水花从水面上喷射出来。

3、实验时，一边观看水花的喷射，一边观看水面上振动的波纹分布。

【注意事项】：

做本实验一定要有耐心，水花的喷射基本与人手磨擦提把的频率无关，故不能着急。

大型蛇形摆

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【实验目的】：理解简谐振动的三个特征量（振幅、频率、相位）对振动的影响。【实验仪器】：蛇形摆

【实验原理】：单摆的周期只和摆长有关，亦即周期与摆长的平方根成正比，即。本操作中蛇形单摆的摆长是规律性变小，因此所有单摆的周期也规律

性变小。从摆动的角度大小而言，摆动角度也是规律性变小。因此开始摆动后，最初由于角度差异不大，而且是规律性的差异，因此看起来就像是波动状的蛇形摆动。摆动多次之后，差异性逐渐增加，看起来似乎是杂乱的。当继续摆动之后，直到奇数、偶数单摆的角度分別达到整数倍数、半数倍数的時候，就可以观察到分成两边的情形。

【实验步骤】：1.目测摆球高度，必要时调整摆线长度使摆球中心在同一条水平线上；

2.用挡板紧贴所以摆球，轻轻先前推开，摆角不大于10°即可，

使所有单摆具有同样的初始条件，移开挡板让单摆开始摆动。观

察到各个单摆的摆球相对位置不断有规律的变化。看似错综复杂

复杂的运动，实际上很有规律，经过若干个周期，所有的摆又回

到初始状态，再开始一个振动的循环。（如图2、图3）

【注意事项】：无。