Лабораторная работа №4, страница 260 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Лабораторная работа № 4.

Определение скорости распространения поверхностной волны

Цель работы: измерить скорость распространения волн на поверхности воды.

Оборудование: кювета с водой, поплавок, секундомер, измерительная лента.

Краткая теория. Все виды волн распространяются в однородной среде с постоянной скоростью: $v = \frac{l}{t}$ где $\text{l}$ — расстояние между источником колебаний и точки пространства, до которой распространялась волна; $\text{t}$ — время распространения волны.

Указания к работе:

1. Залейте кювету водой, опустите на край кюветы поплавок.

2. Приведите поплавок в колебательное движение, погрузив его глубже в воду.

3. Зафиксируйте время, за которое волна, созданная колебательным движением поплавка, достигнет противоположного борта кюветы.

4. Повторите опыт 5 раз, результаты измерений занесите в таблицу 4.

Таблица 4

Измерено Вычислено

№ п/п Время $\text{t}$, с Длина кюветы $\text{l}$, м Скорость волны $\text{v}$, м/с Среднее значение скорости волны $v_{ср}$, м/с

1

5. Рассчитайте скорость волны для всех опытов, результаты занесите в таблицу.

6. Определите среднее значение скорости волны.

7. Оцените погрешность измерения скорости волны статистическим методом.

8. Запишите результат измерений в виде: $v = v_{ср} \pm \Delta v_{ср}$ при $\varepsilon = \dots \cdot 100 \%$.

Контрольный вопрос

Какие условия нужно создать для повышения точности измерения?

Какие условия нужно создать для повышения точности измерения?

Для повышения точности измерения скорости распространения поверхностной волны необходимо минимизировать как случайные, так и систематические погрешности. Для этого следует создать следующие условия:

1. Увеличить измеряемые величины. Использование более длинной кюветы (увеличение расстояния $l$) приведет к увеличению времени распространения волны $t$. Поскольку абсолютная погрешность измерения времени (связанная, например, с реакцией экспериментатора) остается примерно постоянной, ее относительная погрешность $\epsilon_t = \frac{\Delta t}{t}$ уменьшится. Это приведет к уменьшению итоговой погрешности скорости $v$.

2. Увеличить количество измерений. Проведение большого числа опытов (например, 10-20 вместо 5) и последующее усреднение результатов позволяет значительно уменьшить влияние случайных погрешностей, таких как флуктуации времени реакции или небольшие случайные колебания поверхности воды.

3. Стабилизировать условия проведения эксперимента. Необходимо:
- перед каждым измерением дожидаться полного успокоения воды в кювете, чтобы исключить влияние предыдущих волн;
- защитить установку от сквозняков и вибраций стола, которые могут создавать дополнительные помехи на поверхности воды;
- обеспечить хорошее и равномерное освещение для четкой визуальной фиксации момента прихода волны.

4. Уменьшить влияние отраженных волн. Волны, отраженные от боковых стенок и дна кюветы, могут интерферировать с основной волной и исказить ее фронт, затрудняя определение момента прибытия. Использование более широкой и глубокой кюветы ослабит это нежелательное влияние.

5. Стандартизировать процесс измерения. Следует каждый раз создавать волну одинаковым способом (например, погружать поплавок на одну и ту же глубину), чтобы ее начальная амплитуда и форма были постоянными. Также важно четко определить, какой момент считать приходом волны к противоположному борту (например, касание первого гребня).

6. Использовать более точные измерительные приборы. Например, заменить ручной секундомер на электронный с большей точностью или, для максимальной точности, использовать видеосъемку с последующим покадровым анализом для определения времени $t$.

Ответ: Для повышения точности измерения необходимо увеличить длину кюветы и количество повторных опытов, стабилизировать внешние условия (устранить вибрации, сквозняки, дожидаться успокоения воды), использовать более широкую и глубокую кювету для уменьшения влияния отраженных волн, стандартизировать способ создания и регистрации волны, а также применять более точные измерительные приборы (например, видеофиксацию).