Laboration 1
Fysik 2
2015
BFL102:
Fysik 2 för tekniskt/naturvetenskapligt basår
Marcus Ekholm
Linköpings universitet
IFM
Marcus Ekholm
150130
Fysik 2, basår
BFL102
Laboration 1
Förberedelseuppgifter
1. För en våg med frekvens f och våglängd λ kan utbredningshastigheten skrivas:
_____________
2. Färgen på synligt ljus beror som bekant på våglängden. Vilken våglängd har
• blått ljus?
svar: _______________
• rött ljus?
svar: _______________
3. Vad menas med koherenta vågkällor? Komplettera följande mening:
Koherenta vågkällor svänger _____________________ med samma ___________________
4. Då ljus faller in mot en enkelspalt kan ett böjningsmönster ibland observeras. Ett användbart
samband är:
D sin θ = m λ
Vad betecknar vinkeln θ då man tillämpar formeln på ljus som träffar:
• en enkelspalt?
svar: __________________________________________________
• en dubbelspalt? svar: __________________________________________________
• ett gitter?
svar: __________________________________________________
2
2014
Linköpings universitet
IFM
Marcus Ekholm
Del 1: Kastparabel
150130
Fysik 2, basår
BFL102
Inledning
I detta försök har du tillgång till en liten “hoppbacke”, i vilken du kan släppa en kula som i backens
slut rör sig horisontellt. Om du släpper kulan på banan från samma höjd varje gång får den samma
hastighet, v0, vid banans slut när den lämnar banan.
Kulans hastighet består av två komposanter, en i x-led och en i y-led. Om vi bortser ifrån
luftmotstånd så är rörelsen i y-led helt enkelt fritt fall. Hastigheten i x-led, v0x, är konstant, det finns
ju ingen kraft som kan öka, minska, eller ändra hastighetens riktning.
För fritt fall i y-led gäller:
där g=9,82 m/s2, och i x-led har vi:
Utförande
1. Tejpa fast ett vitt papper på en bräda och sätt ett karbonpapper över. Placera brädan vertikalt, tätt
intill backens utlopp. Se till att kulan kan lämna hoppbacken med en utgångshastighet horisontell
med marken! När kulan träffar karbonpappret blir det ett märke på det vita pappret under. Flytta
brädan längre och längre bort ifrån hoppbacken, cirka 1 dm åt gången, tills kulan slutligen slår i
golvet. Anteckna avståndet till utloppet för varje position.
2. Rita ett diagram över kulbanans utseende, y(x).
3. Välj en punkt i kulans bana och beräkna tiden t som svarar mot denna punkt med hjälp av dina
befintliga mätvärden. Beräkna utgångshastigheten v0 (= v0x ).
4. Beräkna även utgångshastigheten med hjälp av energiprincipen. Jämför resultatet. Diskutera
vilka felkällor som finns i de båda metoderna.
3
Linköpings universitet
IFM
Marcus Ekholm
Del 2: Ljud
150130
Fysik 2, basår
BFL102
Inledning
I denna del kommer du att få studera en stående ljudvåg. Till din hjälp har du ett en uppställning
med genomskinligt plexiglasrör som kallas Kundts rör. En tongenerator kopplad till en högtalare
alstrar en plan ljudvåg som utbreder sig axiellt i röret och reflekteras mot en metallplatta i rörets ena
ände. Den reflekterade ljudvågen har i stort sett samma amplitud som din infallande vågen, vilket
ger upphov till en stående våg. Den stående vågen kan undersökas med hjälp av en flyttbar
mikrofon som är instucken i röret. Mikrofonens utslag kan avläsas på ett oscilloskop i form av en
varierande spänning.
Utförande
1. Ställ in tongeneratorn på ca 850 Hz.
2. Flytta mikrofonen och notera hur oscilloskopets utslag ändras. Bestäm hur långt du måste flytta
mikrofonen för att gå från en nod till en annan.
3. Använd din mätdata till att beräkna våglängden för ljudvågen.
4. Beräkna ljudets hastighet utifrån ljudets frekvens och våglängd.
5. Höj tonens frekvens till 1700 Hz och upprepa försöket. Blir ljudhastigheten annorlunda för en
högre frekvens?
4
Linköpings universitet
IFM
Marcus Ekholm
Del 3: Ljus
150130
Fysik 2, basår
BFL102
Inledning
Under kursen har du fått höra att ljus uppvisar vågegenskaper. Du kommer nu att få undersöka hur
ljus böjer då det passerar en smal öppning, en spalt. Du kommer nu att få se hur ljus ifrån två källor
kan interferera konstruktivt och destruktivt med varandra, precis som vi väntar oss av vågor.
a) Böjning i enkelspalt
Du ska nu belysa en smal spalt med laserljus. På en skärm bakom spalten kan du undersöka det
resulterande intensitetsmönstret.
1. Använd en spaltbredd på 0,05 mm. Se till att laserstrålen träffar spalten och sedan skärmen
under räta vinklar.
2. Bestäm avståndet mellan två närliggande minima. Beräkna den motsvarande vinkeln θ och
därefter ljusets våglängd.
3. Öka nu spaltbredden och notera hur mönstret på skärmen förändras. När blir böjningseffekter
märkbara?
b) Dubbelspalt
1. Byt ut enkelspalten mot en dubbelspalt. Låt avståndet mellan spalterna och skärmen vara över
en meter.
2. Studera återigen mönstret på skärmen och notera eventuella skillnader i centralmaximat. Kan du
förklara det du ser? Tänk på att då dubbelspalten belyses kommer de båda spalterna att agera
som två koherenta vågkällor.
3. Bestäm ånyo ljusets våglängd. Är det enklast att mäta mellan maxima eller minima?
c) Gitter
1. Byt ut dubbelspalten mot ett gitter. Belys gittret och notera var på skärmen ljusmaxima uppstår.
2. Använd ett givet värde på ljusets våglängd och bestäm gitterkonstanten.
3. Håll upp ett gitter mot ett lysrör. Förklara varför färgerna hamnar i den ordning som de gör.
d) Interferens med mikrovågor (görs i mån av tid)
Ställ upp en fast och en rörlig metallskärm tätt intill varandra. Justera så att de står parallella med
varandra. Håll sändaren så att du får en liten infallsvinkel mot reflektorerna. Du kommer nu att få
två reflekterade vågor, en från vardera reflektor.
1. Avlägsna den rörliga reflektorn några millimeter. Signalen i mottagaren minskar. Fortsätt flytta
reflektorn tills signalen i stort sett upphör. Hur kan detta inträffa?
2. Fortsätt avlägsna reflektorn tills du får ett nytt maximum i mottagaren. Bestäm mikrovågornas
våglängd!
5
