Методические указания а. Д. Рожковский (стр. 7 из 20)
В чем принципиальное отличие модуляций от биений?
Лабораторная работа № 3. 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. Характеристики гармонических колебаний.
1.1. Ответы на вопросы.
1.2. Ответ на вопрос
1.3. Ответ на вопрос. Рисунок 1.
Задание 2. Сложение двух гармонических колебаний одинаковой частоты.
2.1. Ответ на вопрос. Рисунок 2.
2.2. Вывод.
2.3. Ответ на вопрос. Рисунок 3.
2.4. Вывод.
Задание 3. Биения.
3.1. Ответы на вопросы.
3.2. Рисунок 4.
Графически определенный период биений Tб
Частота биений νб..
Расчет частот ν2 и ν1, и их разности Δν.
Сравнение Δν и νб.
Вывод
Таблица:
| νб | 1 | 3 | 4 | 8 |
| ν1 | ||||
| ν2 |
Ответ на вопрос.
Задание 4. Модуляции.
4.1. Рисунок 5.
Ответ на вопрос.
Контрольные вопросы для проверки усвоения темы лабораторной работы:
1. Что такое колебания? Свободные колебания? Гармонические колебания? Периодические процессы?.
2. Почему возможен единый подход при изучении колебаний различной физической природы?
3. Дайте определения амплитуды, фазы, начальной фазы, периода, частоты, циклической частоты колебания.
4. В чем заключается идея метода вращающейся амплитуды?
5. Как зависит результат сложения двух колебаний одинакового периода и амплитуды от разности начальных фаз.
6. Поясните биения и модуляцию. В чем их отличие?
Лабораторная работа № 4. ОПИСАНИЕ
Волновое движение. Эффект Доплера.
Рабочее окноВид рабочего окна приведен на Рис. 1.1. В рабочем окне приведена модель волнового движения. Источником волн являются капли падающие в жидкость. При помощи левого движка можно менять скорость движения источника волн, а с помощью правого движка скорость распространения волн в среде. Скорость распространения волн зависит от свойств среды!!! Поэтому при изменении положения правого движка среда меняется. Для наглядности модели при этом меняется цвет жидкости. В верхнем правом окошке можно задавать период падения капель, а в нижнем отсчитывается время.
Рисунок 1.1.
В нижней части рабочего окна находятся кнопки управления. Переключаемая кнопка Пуск - Стоп запускает и останавливает движение. После остановки и нажатия кнопки Сброс, рабочее окно очищается и можно задать новые параметры. Слева о кнопки Пуск - Стоп расположен переключатель с волнового движения на эффект Доплера. В нижней левой части окна располагается кнопка Тест для запуска теста. Рядом слева находится окно фиксирующее число попыток, а справа - окно, в которое надо ввести рассчитанную величину. При положении переключателя Волны - это рассчитанная скорость распространения волн. При положении переключателя Эффект Доплера - это рассчитанная скорость движения источника. Расчеты проводятся на основании измерений длины волн. Для проведения измерений в рабочем окне расположена перемещаемая линейка.
Для открытия рабочего окна нажмите на его изображение.
Лабораторная работа № 4. Теория
Волновое движение
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Дать представление студентам об особенностях волнового движения. Изучить эффект Доплера.
Волны это изменение состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию и импульс без переноса вещества. Наиболее часто встречающиеся виды волн — упругие (звук) и электромагнитные (свет, радиоволны и другие).
Примером волнового движения может быть возмущение воды от падающих капель, которое распространяется в виде расширяющихся концентрических кругов.
Рисунок 1.1.
Волновое уравнение:
Волновое уравнение описывает распространение гармонических колебаний в пространстве. Характерными параметрами, описывающими гармоническую волну, являются: A0 - амплитуда колебаний; ω - круговая частота (рад/с); период колебаний T (с), который связан с круговой частотой соотношением: T = 2π/ω; частота колебаний γ (Гц = 1/с) выражается через период: γ = 1/T; волновое число k = ω/v (где v- скорость распространения волны, измеряется в м/с); λ - длина (м) волны (λ = vT). Скорость распространения каждого вида волн зависит от свойств среды, в которой они распространяются. Если колебания совершаются поперек по отношению к направлению распространения волн, они называются поперечными, если вдоль - продольными.
Виды волн
Рисунок 1.2.
Поперечные волны могут возникать в твердых телах. Электромагнитные волны, в том числе и свет, являются поперечными. Продольные волны могут возникать, как в твердых телах, так и в жидкостях и газах.
Рисунок 1.3.
Эффект Доплера
Эффект Доплера заключается в изменении принимаемой приемником частоты (или длины) волны в зависимости от движения источника (или приемника) излучения.
С эффектом Доплера, по-видимому, встречался каждый. Например, когда нас обгоняет гудящий поезд, то можно заметить, как меняется высота тона, а, следовательно, и длина волны звуковых колебаний. На рисунке приведена схематичная картина этого явления, возникающая при движении источника волн, в данном случае падающих капель.
Рисунок 1.4.
Изменение длины волны для звуковых волн определяется по формуле: 
где λ0 - длина волны при неподвижном источнике и приемнике λ1 - принимаемая длина волны при движении источника и приемника; V - скорость распространения волн; Vи - скорость источника (источник приближается);Vп - скорость приемника (приемник удаляется). При удалении источника и при приближении приемника знак (-) надо заменить на знак (+).
При движении только одного источника волн (см. рис 1.4.) формула приобретает вид: 
. При использовании этой формулы для определения скорости движения источника волн, сначала измеряется принимаемая длина волны λ1 от движущегося источника, затем она сравнивается с исходной длиной волны λ0 неподвижного источника и определяется направление движения. После этого в формулу ставится знак (+) или (-).
Эффект Доплера наблюдается и для электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.). Он нашел широкое применение для определения скорости и направления движения самых различных объектов — автомобилей, самолетов, ракет, звезд и галактик.
Лабораторная работа № 4. Порядок выполнения работы.
Задание 1. Особенности волнового движения
Ознакомьтесь с теоретической частью работы.
На основании определения волнового движения ответьте, чем отличается волновое движение от движения материальных тел? На анимированной иллюстрации (теоретическая часть, рис. 1.2.) пронаблюдайте за перемещением волн и за характером движения частиц. Зарисуйте верхний рисунок иллюстрации и укажите на нем стрелками направление движения волны и частиц среды. Можно ли, наблюдая за одной частицей, увидеть перемещение гребня волны? Перемещаются ли частицы среды в направлении распространения гребня волны? Какие движения они совершают? Движение частиц на разных участках волнового движения происходит синхронно или нет? Чем отличается движение частиц среды в продольных и поперечных волнах?
Задание 2. Волновое движение.
Откройте рабочее окно.
Нажав кнопку Пуск, проследите за образованием волн от падающих капель. Задавая различную величину значения периода (3-4 значения) проследите за изменением длины волны (расстояние между расходящимися кругами).
Для каждого значения периода найдите длину волны и составьте таблицу:
| № | Т (c) | λ (см) |
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
Сделайте вывод.
Для определения длины волны используйте перемещаемую линейку. Остановите движение кнопкой Стоп. Поместите линейку в центре волновой картины и увеличьте изображение правой кнопкой мыши. Определите расстояние между 6 - 8 гребнями волн и рассчитайте длину волны.