绳驻波演示仪的制作与使用

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  驻波是自然界中十分常见的一种现象,例如水波,乐器发声,树梢震颤等。为了比较形象、直观地演示驻波,笔者制作了绳驻波演示仪。绳驻波演示仪是用弹性绳演示驻波的仪器,通过电动机的转动,转化为曲轴在竖直平面内上下的周期性运动,从而带动弹性细绳(即本装置的弹性绳)产生一列入射波,入射波经固定点反射回来,当反射波与入射波叠加在一起,满足一定的条件时就产生了驻波。
  1 器材清单
  小型电动机一个(6 V),弹性绳一根(80 cm左右),长木板一块(长80 cm左右),固定支架两个,教学电源一个(J1209),滑动变阻器一个(50欧),导线若干。
  2 制作方法
  2.1 改造电动机转动轴
  将小型电动机(6 V)的转动轴改装成转动曲轴,如图1所示。
  2.2 安装弹性绳
  先将两固定支架固定在长木板两端合适的位置,再将弹性绳适当拉紧,两端固定在固定支架。调节好弹性绳与小型电动机转动曲轴最低点之间的距离(弹性绳与电动机转动曲轴最低点之间距离可调),如图2所示。
  2.3 连接电路
  按照图3中的电路图把教学电源、小型电动机、滑动变阻器、开关、导线等将电路连接。
  3 基本用途
  该演示仪可演示“弹性绳振动产生的横波与驻波现象”。
  接通开关,如图2所示,电动机转动时曲轴每转到最低点时周期性敲击弹性绳,就会在弹性绳上产生一列入射波,经弹性绳另一固定点反射,形成反射波,两列波在适当的条件下叠加,可以看到中央凸起的波腹处振动最激烈,波节处几乎无振动,最终产生明顯的驻波效果。调节滑动变阻器,改变电动机的输入电流,改变电动机的转速,从而改变电动机敲击弹性绳的振动频率,可以形成多种驻波图景,从而解决了教学中的重点和难点。(比较容易调节到的有1个波腹,2个波腹,3个波腹,4个波腹,如图4)若在频闪光源下演示效果更显著。
  4 主要优点
  该演示仪具有很强的趣味性和很高的科学性,将电动机轴的圆周运动转化成竖直方向的周期性运动,周期由电机的转速决定,方便调节。
  该演示仪的制造原理、制作过程简单,成本低廉,在材料、工艺、手段等方面,具有很强的实用性。
  该演示仪效果明显,能够观察到明显的驻波效果,清楚地了解驻波的特点。
  参考文献:
  [1]汤云兴.横波演示实验成功之探[J].物理教学探讨,2002,20(4):45—46.
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