5.描迹法----借助于各种记录笔描绘下物体运动的轨迹,以便仔
细研究其运动规律。
两种形式:直接描迹和展开描迹。
★直接描迹。例1 刚体平面平行运动演示仪
滑块底面带有几支毛笔,运动中可自动地用不同颜色记录下刚体上质心和非质心处的运动轨迹----直接描迹。
当力的作用线通过刚体质心时,刚体上各点的运动轨迹是一系列平行直线。
当力的作用线不通过刚体质心时,质心的轨迹仍是一条直线,非质心点的轨迹是旋进曲线。
例2 相互垂直的简谐振动的合成
两个相互垂直的简谐振动的合成轨迹是利萨如图形。“简谐振动合成仪”可以把各种情况下的合成轨迹描画下来,供仔细研究。
★★ 展开描迹 例1 沙摆
一根细绳把一个沙袋吊在空中,让其在y方向作简谐振动
的同时在x方向上作匀速运动(展开)----描画出了沙摆作正弦运动的轨迹。这就是示波器的工作原理。
例2 两个同向简谐振动的合成
两个同方向同频率简谐振动的合运动仍然是简谐振动,但
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合运动的振幅和初相位跟两个分运动的振幅和初相位有关。“简谐振动合成仪”让第一振动和第二振动同时运转,与此同时,记录纸也在匀速走动(展开),就把合成运动的轨迹记录下来了。
描迹所用的记录笔是多种多样的---毛笔、彩笔,也可以是沙斗、注射器、电火花,甚至是云雾室、原子核乳胶等(用来记录α、β粒子的踪迹。)
6.示踪法 ---利用各种灵活方法,显示物质的存在、运动或状
态变化的踪迹。
例1 阴极射线的电离示踪
???带电粒子在磁场中运动时要受到罗伦兹力的作用:F?eV?B。????当V与B相互垂直时,带电粒子做圆周运动;如果V与B之间有
一个夹角?,则带电粒子要做螺旋线运动----电子束实验仪。 电子束实验仪由一对亥姆霍兹线圈在其中部产生均匀磁场,此处放着一个球形阴极射线管。它产生具有一定速度的电子束。电子束的运动轨迹我们是看不见的。在阴极射线示波管中充有惰性气体。当运动电子与惰性气体分子碰撞时,使惰性气体分子电离发光,显示了电子束的运动轨迹---阴极射线的电离示踪。
例2 阴极射线的荧光示踪
阴极射线的荧光示踪----阴极射线管。加上直流高压后产生
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电子束。管内有一个金属板,上面涂有荧光粉。当运动电子束打在板上时会发出荧光,从而显示出阴极射线的轨迹。如果用马蹄形磁铁夹在管上,可以看到阴极射线发生弯曲-----演示了运动电荷在磁场中的受力情况。
描迹与示踪的区别:
描迹:描绘单体(宏观的质点、刚体或微观粒子)的运动情
况。
示踪:显示群体(流体、微观粒子)的存在、运动踪迹。
7示波法 --将电学量、磁学量和各种非电量,转换成电压的形式输入到示波器,从示波器的荧光屏上观察这些量随时间或随其他量的变化关系,并测得其大小。这种用示波器观察、测量的方法称为示波法。
大屏幕、超低频、慢扫描、长余辉、双踪示波器特别适合于做课堂演示。
例1 方波的频谱合成
根据非正弦周期电信号的合成和分解原理可知:振幅为A圆频率为ω的方波可以展开为:
f(t)?4A11(sin?t?sin3?t?sin5?t????) ?35振幅之比为1:1/3:1/5:---圆频率为ω、3ω、5ω---初相位相同的一系列正弦波叠加合成为方波f(t)。 用“付立叶分解合成仪”和示波器来演示。 从叠加过程可以看出:
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基波上叠加的谐波越多,合成波形越接近于方波。 叠加的谐波越多,合成方波的前沿、后沿越陡直。
例2. RL、RC、RLC串联电路的暂态过程的观察。
RC 电路的充放电过程
RLC电路的暂态过程,
例3 RC串联交流电路中电容上的电压与电流的相位关系:
演示Uc落后于Urπ/2。
8 光电转换法---利用光电效应把光信号转换成电信号来观察或
定量显示。
在光电转换法中,要用到一些光电探测器件。常用的光电探测器包括:硅光电池、光电二极管、光电三极管、PIN光电二极管、光电倍增管等。
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例1.光通讯
要实现光通信,首先要对光进行调制。凡是使光波的振幅、频率、位相三个参量中任何一个参量随外加信号而变化均称为光调制。使光的振幅变化称为调幅或调强。
实验原理示意图如下图所示。灯泡的发光强度受到音频信号控制---光强是随着音频信号而变的。光经过透镜L1之后变为平行光,再经透镜L2之后聚焦在光电池上。它把光信号转换为电信号---音频信号。音频信号经过放大推动扬声器发音---音乐之声。
光纤通信的模拟演示实验:在上图中把透镜L2去掉,换成模拟光纤也可以从扬声器中听到音乐之声。
9 压电转换法-----利用压电效应将机械形变压力转换成电信号放大观测;或者利用电致伸缩效应(逆压电效应)将交变电信号
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