纵波

【实验目的】
演示纵波的传播及纵波驻波。
【实验器材】
纵波演示仪，如图21-1所示。电源是交流220V，振源频率为2Hz。

图 21-1 纵波演示仪

1．支架，上支承板孔距16mm。2．特制弹簧，弹簧螺距4mm，弹簧每隔4圈吊一个。3．电动振源。
【实验原理】
    在弹性媒质中，如果质点的振动方向和波的传播方向相互平行，这种波就叫做纵波，其外形特征具有“稀疏”和“稠密”的区域。纵波在媒质中传播时，媒质产生压缩或扩张变形，固体、液体和气体都能产生恢复这种形变的弹性力，因此，纵波在固体、液体和气体中都可以传播。纵波上相邻两个密部或疏部对应点之间的距离为一个波长，其波速为
                （21-1）
（1）细棒中的纵波波速
                （21-2）
式（21-2）中，为固体棒的杨氏模量，为棒的质量密度。
（2）液体和气体中的纵波速度
                （21-3）
式（21-3）中，是液体或气体的体变弹性模量，为质量密度。
（3）理想气体中纵波（即声速）的速度
                （21-4）
式（21-4）中，是气体的摩尔质量，是气体的比热容比，分别是气体的压强、温度和密度。
【实验操作与现象】
按照附录安装好弹簧。
2．接通电源使振源按固定频率开始振动，固定在振源上的弹簧向另一方向传播振动，可以清晰地看到弹簧上传播着疏密相间的纵波。
3．将弹簧末端固定在支架上，传播过来的纵波在弹簧的末端产生反射波，结果可以观察到驻波现象，在弹簧的后半部驻波较为明显。
附录：纵波演示仪弹簧安装方法
1．纵波支架安装好后，找一根长于1.5m直的铁棒或木棒，将弹簧穿入棒中（对弹簧格外小心，不要挤压、拉长），使弹簧自然下垂。由二人同时用绳将棒固定在支架上。
2．棒固定高低以振动杆高低为准，振动杆的上端处于弹簧中间。
3．用线绳将弹簧第一圈系成死结，绳分两根分别系在上端铁板上，上端暂不系死，最好用火柴杆将线绳挤住，待全部调整后再固定。
4．用线绳系弹簧，由振动源一端开始，每隔四圈系一结（两线之间有三圈），末尾一圈弹簧系在竖立的钢条上。