以理想正弦行波为测量对象。上方波坐标系显示某一时刻的空间波形，下方自动记录 x = 2 m 和 x = 3 m 两点的位移随时间变化；从两种图像测量同一个传播速度。
学习目标
- 区分位移—位置图和位移—时间图
- 用 λ/T 与 Δx/Δt 两种方法测传播速度
- 区分介质质点的振动与波形的传播
实验器材
- 理想波坐标系与右行正弦波
- 固定在 x = 2 m、3 m 的两个探针
- 双色位移—时间图
- 数字秒表
实验准备
- 上方坐标系独立标出米制位置与位移，不使用全局画布的坐标替代波坐标。
- 初始 A = 0.20 m、λ = 4 m、f = 1 Hz，两探针相距 1 m；蓝色曲线对应左探针，橙色对应右探针。
- 开始后运行至少 3 s 再暂停；下方曲线由探针实时采集，初始为空。
操作步骤
读取空间波形
在暂停状态从上图读取相邻两个波峰的位置差，作为波长 λ；从平衡位置至波峰读振幅。避免把峰与邻近谷的距离当作一个波长。
测量振动周期
开始运行，秒表超过 3 s 后暂停。在同一条位移—时间曲线上选择两个相邻峰，读取时间差 T。用三个周期的总时间除以 3 可减小读数误差。
测量传播延时
在两条曲线上找同一波峰依次经过左、右探针的时刻，取橙色峰比蓝色峰晚到的时间 Δt。使用已知探针间距 1 m 计算 v = 1/Δt，并与 λ/T 比较。
改变频率
先重置，将正弦波频率改为 0.5 Hz 或 1.5 Hz，保持 λ = 4 m，再运行至少 5 s，记录 T、Δt 和波速。本组件允许独立设置频率与波长，因此此处比较的是不同传播速度的波。
检验振幅和方向
重置并恢复 1 Hz，将振幅从 0.20 m 改为 0.10 m，检查周期和延时是否改变；再将传播方向设为向左，比较两个峰的先后次序。
观察与记录
- 记录波长、振幅、周期、两探针延时、λ/T 和 Δx/Δt。
- 从同一条曲线读周期，从不同曲线中同一传播波峰读延时。
- 向左传播时右探针先收到波峰，延时符号反转；比较速率时取绝对值。
预期结果
- 初始波长 4 m、周期 1 s，两探针延时 0.25 s；两种测量均得到 4 m/s。
- λ 保持 4 m，f = 0.5、1.5 Hz 时，T 分别为 2、2/3 s，延时分别为 0.50、1/6 s，速率分别为 2、6 m/s。
- 仅改变振幅不会改变周期与传播速度；固定位置的质点上下振动，波形向传播方向移动。
课堂讨论
- 图上波峰向右移动时，探针所在质点是否也向右运动？
- 两个探针相距半个波长，读到的位移关系是什么？
- 频率与波长可独立设置时，是否能声称介质波速不变？
模型与适用范围
- 采用一维理想正弦波，不计算绳的张力、线密度、色散或能量损失；不能由本课反推真实绳的材料参数。
- 这里 λ 和 f 可以独立调整；要模拟同一介质中波速固定的条件，改变 f 时须另行满足 λ = v/f。
- 曲线采样间隔为 1/120 s。用两峰位置读取延时时，两端总误差约 0.017 s，初始 0.25 s 延时对应约 7% 的读数界限；多周期读取 T 通常更准确。