用光盤自制橫波演示器

谷良光 周兵

摘? ?要：本橫波演示器是用廢棄的光盤制作而成，將光盤打孔或燒燙弧形槽口，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的偏心輪，作為核心驅(qū)動(dòng)裝置。利用附有薄金屬片的竹簽作為傳動(dòng)連桿，在手動(dòng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)下，光盤依次轉(zhuǎn)動(dòng)，小球便滯后性地上下振動(dòng)，呈現(xiàn)橫波現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：光盤;偏心輪;螺旋結(jié)構(gòu);相位差

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）7-0052-2

1? ? 背? 景

高中物理教學(xué)中，常常借助橫波演示器幫助學(xué)生理解橫波的形成。目前中學(xué)使用的有兩種：第一種是比較古老的演示器，效果不錯(cuò)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、十分笨重，從實(shí)驗(yàn)室搬運(yùn)到教室演示十分不便;第二種是近幾年流行的演示器，效果不錯(cuò)，但價(jià)格昂貴。這兩種示波器構(gòu)造復(fù)雜，都用了偏心輪，一旦損壞很難調(diào)配零部件，儀器易于報(bào)廢。

筆者自制了一臺(tái)橫波演示器，做到選材方便（多為廢舊物品），輕巧靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，效果良好，便于推廣。

2? ? 制作方法和步驟

2.1? ? 研究方法

（1）采用科學(xué)的方法，針對(duì)當(dāng)前使用的橫波演示器有諸多弊端，趨利避害優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源，如知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普和圖書館的資源庫(kù)，查閱橫波演示器的相關(guān)信息。對(duì)效果較好的橫波演示器的工作原理進(jìn)行歸納，提出可行性方案。

（2）制作原理：將主軸通過(guò)打孔的圓形光盤，使其運(yùn)動(dòng)軌跡為偏心輪軌跡。在驅(qū)動(dòng)力作用下，第一個(gè)光盤依次帶動(dòng)后續(xù)的光盤，由于相位滯后，光盤整體形成了螺旋形狀，螺旋結(jié)構(gòu)整體轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)橫桿，橫桿端的小球便上下振動(dòng)，宏觀觀察形成機(jī)械波——橫波（質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直）。

2.2? ? 制作步驟

（1）按照設(shè)計(jì)方案，選廢棄光盤為核心部件（輕質(zhì)，易打孔），圓形光盤圓心附近用沖擊鉆頭打大孔，并用砂紙打磨光滑，沖擊鉆頭或電烙鐵打小孔，穿3.5 cm的螺絲且固定，用電烙鐵切割型加熱頭在光盤上燒燙弧形的槽窗，圓心角約為15°。在光盤上打小孔，螺絲釘穿過(guò)小孔并固定，作為光盤傳動(dòng)連桿。（圖1）

（2）將光盤大孔穿主軸，主軸固定在裝置兩側(cè)的木板間，光盤間用隔離管套穿主軸。如圖2（a）。

（3）將光盤上的螺絲釘依次穿過(guò)下一個(gè)光盤的弧形槽窗，并把第一個(gè)光盤作為主動(dòng)輪，與把手軸固定。

（4）取羊肉串上的竹簽若干，將易拉罐剖開(kāi)剪片，用AB膠粘附在竹簽上，作為振子（小球）傳動(dòng)連桿。如圖2（b）。

（5）安裝其他部件，調(diào)試。如圖2（c）（d）。

3? ? 小? 結(jié)

用圓形的光盤代替特制的偏心輪;使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，整個(gè)裝置十分輕巧;就地取材（多是廢舊物品作為材料），便于維修;小球之間有彈性細(xì)線相連（其他橫波演示器沒(méi)有），可以說(shuō)明質(zhì)點(diǎn)間作用力;核心部件是開(kāi)放的，學(xué)生能看到演示器的工作原理。

該儀器使用方便，演示效果良好（樣品演示已經(jīng)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，可以百度“自制教具：用光盤“燒制”橫波演示器”查看視頻 ，或登錄 https：//v.youku.com/v_show/id_XOTE0OTY2NDA0.html）。

（欄目編輯? ? 王柏廬）