單擺振動(dòng)圖像演示器的再改進(jìn)

單擺振動(dòng)圖象演示器主要用于高中物理教學(xué)中演示單擺簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖象，進(jìn)行簡(jiǎn)諧振動(dòng)相關(guān)知識(shí)的教學(xué)。原實(shí)驗(yàn)裝置是用一個(gè)盛砂的漏斗作為單擺的擺錘，使它在一個(gè)固定的豎直平面內(nèi)振動(dòng)。在漏斗下方的長(zhǎng)方形薄木板上有與木板等大的白紙，沿與擺平而垂直的方向勻速地拉動(dòng)木板，從振動(dòng)漏斗中漏出的流砂在木板上形成振動(dòng)的圖象。這種裝置存在的問題是：1、手拉木板時(shí)難以做到勻速運(yùn)動(dòng)：2、對(duì)砂粒的大小干燥等要求高；3、由于砂子在板上形成的圖象不能豎起來讓學(xué)生看，所以觀察效果不理想等。為了解決上述問題，生產(chǎn)廠研制了J2222型單擺振動(dòng)圖象演示器。

1J2222型單擺振動(dòng)圖象演示器的結(jié)構(gòu)和原理

實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由底座、畫板、畫筆、畫板電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)、擺錘、電磁鐵釋放器，控制開關(guān)、擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)器、立桿、擺錘線等組成。

1、底座2、畫板3、畫板電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)4、擺錘

5、電磁鐵釋放器6、控制開關(guān)7、擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)器

8、立桿9、擺錘線10、畫筆

電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。L為電磁鐵釋放器，M為6V直流電動(dòng)機(jī)，K1為總電源開關(guān)，K2為單刀雙擲開關(guān)。

工作原理：將儀器放在水平桌面上，將擺錘下方的毛筆加上適量的墨水，放好畫板，讓毛筆適當(dāng)接觸，把儀器的接線柱與6V直流電源連通，打開電源開關(guān)K1，使K2與電磁釋放器連通，讓電磁鐵吸住擺錘，將開關(guān)K2快速地從“電磁鐵”位置撥向“電動(dòng)機(jī)”位置。在擺錘被釋放開始振動(dòng)的同時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始工作，帶動(dòng)畫板推進(jìn)系統(tǒng)使畫板沿與擺平面垂直的方向勻速運(yùn)動(dòng)，擺錘下方的畫筆就在畫板上描繪出簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖象。

2對(duì)J2222型單擺振動(dòng)圖像演示器的評(píng)價(jià)

（1）優(yōu)點(diǎn)：在擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)、畫板勻速運(yùn)動(dòng)、擺振動(dòng)與畫板運(yùn)動(dòng)同步等方面的改進(jìn)是比較完美的。

(2)缺點(diǎn)：由于畫筆和畫板之間始終存在著的摩擦力，導(dǎo)致擺錘所畫出的圖象失真變形嚴(yán)重，不連續(xù)，往往使本儀器難于使用。

3對(duì)J2222型單擺振動(dòng)圖象演示器再改進(jìn)

為了完全消除畫筆和畫板之間在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的摩擦力，得出真實(shí)清晰的單擺振動(dòng)圖象。筆者經(jīng)過認(rèn)真分析研究，反復(fù)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，終于獲得到了圓滿的結(jié)果。改進(jìn)后的儀器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1、底座2、畫板3、畫板電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)4、擺錘

5、電磁鐵釋放器6、控制開關(guān)7、擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)器

8、立桿9、醫(yī)用輸液管10、注射器11、注射針頭

具體改進(jìn)方法如下：

拆除原有的擺線、畫筆和立桿頂端的調(diào)節(jié)螺栓。沿錐形擺錘的軸線打4mm的孔，用一根醫(yī)用輸液管按圖3所示由下而上的穿過擺錘上打的孔，再穿過原立桿頂端的調(diào)節(jié)螺栓的孔，連接一支20ml的一次性注射器，在輸液管的下端安裝一支最細(xì)的注射針頭，用細(xì)鐵絲把輸液管與擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)器固定，并且便于調(diào)節(jié)擺長(zhǎng)。儀器的改進(jìn)就完成了。簡(jiǎn)而言之。就是用醫(yī)用輸液管替代單擺的擺線，用從注射針頭噴出的墨汁流代替畫筆作畫，從根本上消除畫筆與畫板之間的摩擦。

4儀器的操作使用

（1）將儀器放在水平桌面上，按圖3所示的位置放好畫板，在立桿頂端的上下方拉動(dòng)輸液管，使注射針頭的針尖距畫板5-10mm，擺錘在平衡時(shí)針尖指向坐標(biāo)原點(diǎn)位置；(2）調(diào)節(jié)擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)器至所需擺長(zhǎng)，取下注射器，吸入15ml左右經(jīng)過稀釋的紅墨水后再安裝到原位，推動(dòng)注射器活塞將注射器和輸液管中的空氣全部推出；（3）將儀器上的電源接線柱與低壓直流電源接通(正負(fù)極對(duì)應(yīng))，電壓調(diào)在2-3V左右；（4）使K2與電磁釋放器連通。打開電源開關(guān)K1，讓電磁釋放器吸住擺錘，推動(dòng)注射器，在墨水噴出的同時(shí)迅速將開關(guān)K2從“電磁鐵”位置撥向“電動(dòng)機(jī)”位置，這樣電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)推動(dòng)畫板前進(jìn)，從擺動(dòng)的擺錘下方注射針頭中噴射出的墨水就在畫板上形成了理想的單擺振動(dòng)圖象。取下畫板豎起來讓學(xué)生觀看圖象。用濕毛巾將圖象擦去，重新調(diào)節(jié)擺長(zhǎng)可畫出不同頻率的單擺振動(dòng)圖象。

(欄目編輯王柏廬)