自制橫波演示儀

摘要：在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)很重要，一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)對(duì)物理的學(xué)習(xí)有很大幫助，本文在設(shè)計(jì)制作關(guān)于機(jī)械波的“橫波演示儀”旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解波的形成過(guò)程。

關(guān)鍵詞：橫波；波的形成；橫波演示儀

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2013）10（S）-0038-2

學(xué)習(xí)高中物理機(jī)械波的形成和傳播時(shí)，為幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解波的形成過(guò)程，教材中例舉了藝術(shù)體操表演中的彩帶飛舞，還有抖動(dòng)柔軟的長(zhǎng)繩。物理教師也在課堂上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)演示，但是實(shí)際效果不佳。利用這些情景對(duì)我們學(xué)生認(rèn)識(shí)與理解波的動(dòng)態(tài)形成過(guò)程幫助不大，甚至還會(huì)出現(xiàn)偏差。在學(xué)習(xí)物理中，筆者感覺(jué)到對(duì)物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)是非常重要的，一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)對(duì)我們學(xué)習(xí)物理會(huì)有很大的幫助，筆者決定去嘗試設(shè)計(jì)制作一個(gè)機(jī)械波的“橫波演示實(shí)驗(yàn)儀器”。

1 “橫波演示儀”的設(shè)計(jì)、制作和使用

1 在木架上懸掛一排“橡皮筋振子”，橡皮筋與彈簧一樣有彈性，振子在豎直方向可以做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，有適合的彈簧代替橡皮筋會(huì)更好。由于用的是相同的橡皮筋，橡皮筋的長(zhǎng)度和小鋼球質(zhì)量都是相同的，所以每一個(gè)“橡皮筋振子”的固有頻率是相同的。如圖1所示。

2 另外用一根橡皮筋將小球等間距地橫向串連起來(lái)，每個(gè)小球與橡皮筋固定連接，小球不能在橡皮筋上滑動(dòng)。這樣，當(dāng)其中一個(gè)振子做上下運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)帶動(dòng)旁邊的振子運(yùn)動(dòng)，如圖2所示。

注意，橫向串連的橡皮筋不能用細(xì)繩替代，因?yàn)樵谛纬刹ǖ臅r(shí)候，振子之間的間距是在變化的。再者，橫向串連的橡皮筋要稍有一點(diǎn)拉緊，但

3 在最后一個(gè)振子下面安裝一個(gè)阻尼裝置。阻尼裝置是在振子下面垂掛一個(gè)與水的密度差不多的物體（圖3中是用了一個(gè)橡皮塞），將物體放入盛有水的燒杯里。其目的是將波源傳到末端時(shí)的振動(dòng)能量衰減掉，不至于將振動(dòng)反射回去干擾波的傳播。如果振動(dòng)能量衰減不夠，可以在最后兩個(gè)振子下面安裝阻尼裝置。如圖3所示。

4 在演示時(shí)，將波源的第一個(gè)振子小球的橡皮筋與木框的連接解開(kāi)，手持這個(gè)振子小球做上下運(yùn)動(dòng)，控制好振幅和頻率，就能夠形成一列持續(xù)傳播的橫波。如圖5中所呈現(xiàn)的情景。

它不僅幫助同學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)建立機(jī)械波的概念，使同學(xué)理解了橫波形成和傳播的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并且對(duì)后面學(xué)習(xí)“波的圖像”都很有幫助。如圖4，圖5中所示的就是“橫波演示儀”實(shí)驗(yàn)時(shí)的兩張照片。

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（欄目編輯 羅琬華）