簡(jiǎn)易橫波傳播現(xiàn)象演示儀的設(shè)計(jì)與制作

王妍妍等

摘 要：本文介紹了一款簡(jiǎn)易橫波傳播現(xiàn)象演示儀的設(shè)計(jì)與制作方法，該儀器能夠演示橫波傳遞現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：橫波；傳播形式；實(shí)驗(yàn)展示

1 引言

談到高中物理課程中的一些內(nèi)容，橫波的傳播都是以課本內(nèi)容為主并沒有很詳細(xì)的說明和演示，而學(xué)生在之前并沒有接觸過相關(guān)的知識(shí)，對(duì)橫波的認(rèn)識(shí)非常貧乏，而且普通的視頻播放不夠直觀，操作性差。

通過這個(gè)演示儀，學(xué)生可以比較形象直觀地了解橫波，對(duì)之后學(xué)習(xí)聲波等知識(shí)也有輔助作用。

2 功能簡(jiǎn)介

“簡(jiǎn)易橫波傳播現(xiàn)象演示儀”通過改變電路電阻大小，從而改變電路電流，使得揚(yáng)聲器接收頻率改變進(jìn)行工作，揚(yáng)聲器與振子連接，從而達(dá)到能夠觀察到不同頻率聲音聲波不同的效果，讓學(xué)生能夠直觀理解橫波和聲波的傳播。

3 “簡(jiǎn)易橫波傳播現(xiàn)象演示儀”的主要結(jié)構(gòu)

4 “簡(jiǎn)易橫波傳播現(xiàn)象演示儀”的物理原理

橫波在傳播過程中，凡是波傳到的地方，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在自己的平衡位置附近振動(dòng)。由于波以有限的速度向前傳播，所以后開始振動(dòng)的之地啊比先開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在步調(diào)上要落后一段時(shí)間，即存在相位差。橫波的傳播，在外表上形成一種“波浪起伏”，即形成波峰和波谷，在傳播的知識(shí)振動(dòng)狀態(tài)，媒介的質(zhì)點(diǎn)并不隨波前進(jìn)。實(shí)質(zhì)上，橫波的傳播是由于媒質(zhì)內(nèi)部發(fā)生剪切變形（即是媒質(zhì)各層之間發(fā)生平行于這些層的相對(duì)移動(dòng)）并產(chǎn)生使體元恢復(fù)原狀的剪切彈性力而實(shí)現(xiàn)的。否則一個(gè)體元的振動(dòng)，不會(huì)牽動(dòng)附近體元也動(dòng)起來，離開平衡位置的體元，也不會(huì)在彈性力的作用下回到平衡位置。在本教具中，振子振動(dòng)過程中，由于振子與兩根魚線的相互作用力，使得兩根魚線產(chǎn)生方向相反的振動(dòng)，從而帶動(dòng)其它竹棒的振動(dòng)，進(jìn)而可直觀地觀察到所有竹棒振動(dòng)形成的波形，即橫波的波形。同時(shí)，聲波是橫波，因此，我們通過音叉的振動(dòng)帶動(dòng)竹棒的振動(dòng)，從而展現(xiàn)出聲波的傳播。

5 “簡(jiǎn)易橫波傳播現(xiàn)象演示儀”的制作方法

⑴將塑料棒截成粗細(xì)均勻，截面直徑、長(zhǎng)度都相等的圓柱棒作為振子。⑵在每個(gè)振子中點(diǎn)兩側(cè)，距中點(diǎn)等遠(yuǎn)處鉆兩個(gè)小孔。用兩根魚線把振子串聯(lián)起來。把每?jī)蓚€(gè)振子間的兩個(gè)魚線中點(diǎn)用銅線扣緊。每?jī)蓚€(gè)振子間的距離必須相等。魚線兩端通過木柱上的小孔后結(jié)在一起，并塞入楔子使魚線盡可能張緊。⑶隔板的長(zhǎng)度和寬度根據(jù)需要確定。隔板的一個(gè)長(zhǎng)邊要制成弧形，一塊向下凸出，另一塊向下凹陷。這樣使兩塊隔板中間的狹縫略呈現(xiàn)圓弧狀。由于振子重量較大，魚線不可能拉成水平，這樣做可以避免隔板和振子之間的摩擦，從而影響演示效果。⑷因?yàn)檎褡拥膬啥瞬灰欢ㄒ粯又?，將銅絲繞在弦子輕的一端，利用銅絲的重量來平衡弦子兩端的重量，是弦子平衡。⑸隔板可插入木座兩端木柱中間的豎直縫內(nèi)，可上下調(diào)節(jié)，使板中間的縫有適當(dāng)?shù)膶挾取＂拾搽娐穲D連接電路。

6 “簡(jiǎn)易橫波傳播現(xiàn)象演示儀”的使用說明

⑴安裝好后，接通電源，設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)；⑵通過調(diào)節(jié)電阻大小，改變電路電流頻率，使得揚(yáng)聲器發(fā)出不同的聲音，同時(shí)揚(yáng)聲器膜的振動(dòng)帶動(dòng)振子振動(dòng)，達(dá)到演示效果。

7 相關(guān)拓展

在如今的中學(xué)教學(xué)中很少出現(xiàn)橫波的實(shí)驗(yàn)演示，所以我們制作的橫波演示儀為機(jī)械振動(dòng)在媒質(zhì)中傳播的一種新穎演示儀器，其主要作用之一是我們觀察弦子的運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠演示橫波的形成和傳播，另一方面通過電路產(chǎn)生聲波并帶動(dòng)弦子的運(yùn)動(dòng)，我們還能演示出聲波的形成和傳播，用這種方法就可以形象地展現(xiàn)出對(duì)聲波這種抽象的概念。較之以往一些模擬的波動(dòng)演示器，我們的教具在制作方面比較方便并且取材也很容易，而且我們的教具更加具有直觀性，真實(shí)的特點(diǎn)，此外它還可以粗略的演示波長(zhǎng)、頻率、波速之間的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)演示儀適用于中學(xué)中關(guān)于橫波和聲波的相關(guān)課程的教學(xué)。

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