王敬誠

機(jī)械波是高中物理教學(xué)中的一個難點(diǎn)。它需要學(xué)生想象多個質(zhì)點(diǎn)同時又不同步的運(yùn)動和在空間的傳播，對學(xué)生的理解力和空間想象力有較高的要求。因此，在講授“機(jī)械波的形成和傳播”這一節(jié)時。每位物理教師都會精心設(shè)計(jì)一些形象的演示實(shí)驗(yàn)以加強(qiáng)學(xué)生對波的深入理解。本文中對常用的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，從而使實(shí)驗(yàn)效果更明顯，學(xué)生更容易理解。

1“繩波”演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

為了使學(xué)生獲得對機(jī)械波的感性認(rèn)識，在教學(xué)過程中，教師常會設(shè)計(jì)“繩波”演示實(shí)驗(yàn)。具體過程如下：

[演示]：用一根長繩，繩子的一端固定(或者一個同學(xué)手持此端)，一個同學(xué)手持另外一端在空中抖動形成波。

在該演示中，由于繩波經(jīng)固定端反射回來與原波疊加形成駐波，故演示效果一般不太好。筆者通過與多位有經(jīng)驗(yàn)的教師共同探討，對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，并在自己所教班級做了演示，演示效果較好。

[改進(jìn)演示]：兩名同學(xué)各執(zhí)長粗繩的一端將繩拉直，平放在地板上。然后一名同學(xué)握住繩的一端迅速向上抬起并回落，另外的那名同學(xué)按住繩不動，這時可以看到在繩上有一個凸起向前傳播。

與常用[演示]相比，[改進(jìn)演示]有三點(diǎn)不同；

①選擇粗細(xì)和柔軟程度適度的長繩。若繩子過硬，則不易形成凸起，且傳播不了多遠(yuǎn)；若繩子過軟，則形成的凸起易由于重力的原因而迅速變小，影響實(shí)驗(yàn)效果。

②演示時使繩上僅有一個凸起，這樣現(xiàn)象比較明顯。若同時存在多個凸起，可能會相互影響，反而削弱了實(shí)驗(yàn)的效果，不利于觀察。

③選擇在地板上演示。若將繩拉在空中，首先拉繩的力度不好控制，如果用的力小，繩子就比較松，則重力的影響比較明顯；如果用力過大，拉的太緊，則不易抖出波形。其次，沒有觀察的參照物，效果也不理想。

2“人浪”演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

“人浪”實(shí)驗(yàn)也是教師在講授機(jī)械波時常會設(shè)計(jì)的教學(xué)活動。該演示實(shí)驗(yàn)是根據(jù)人教版(必修加選修)物理第二冊47頁的圖10—7改進(jìn)而成的，具體過程如下：

[演示]：請七八名學(xué)生上講臺做體操，每個學(xué)生都做同樣一種動作：一墊腳引體向上、二還原、三直體蹲下、四還原。要求從排頭開始，依次每一個學(xué)生都完成上述動作。

該演示實(shí)驗(yàn)可以形象的反映機(jī)械波在傳播過程中的幾個特性：①機(jī)械波在傳播過程中介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，只在各自的平衡位置附近周期性振動。②沿機(jī)械波的傳播方向，各質(zhì)點(diǎn)都在重復(fù)波源的振動。③沿機(jī)械波的傳播方向，后面質(zhì)點(diǎn)始終落后于前面質(zhì)點(diǎn)的振動。然而，機(jī)械渡的這些特性本質(zhì)上是由于質(zhì)點(diǎn)間的“帶動”特性而產(chǎn)生的。但是，從該演示中，學(xué)生卻很難發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律：后一個質(zhì)點(diǎn)是在前一個質(zhì)點(diǎn)的帶動下開始振動的，“帶動”作用才是波形成的真正原因。鑒于此，本文對該演示進(jìn)行了如下的改進(jìn)：

[改進(jìn)演示]：找七八名學(xué)生，讓學(xué)生兩臂伸直，相鄰的兩名學(xué)生手臂搭在一起，用手抓緊對方的肩膀，把兩個人的手臂固定好。

演示時，左面第一名同學(xué)下蹲并站起，后面同學(xué)則要順著胳膊上傳來的力的方向隨之下蹲或站起，這樣，在前面同學(xué)的“帶動”作用下，后面的同學(xué)才開始一個接一個得都重復(fù)這一運(yùn)動過程，只是時間上要比前面的同學(xué)滯后一些。這種運(yùn)動形式不斷“傳播”到后面的學(xué)生，好像波的傳播一樣，在整體上“形成了凸凹相間的波形”。

[改進(jìn)演示]與[演示]相比，非常貼切的展示了波形成的根本原因，即質(zhì)點(diǎn)“前帶后，后跟前”的振動。使學(xué)生不僅通過大腦記憶了解了波的成因，更通過形象的視覺記憶感受了波的成因，因而加深了學(xué)生的理解和記憶。筆者采用[改進(jìn)演示]在所教班級進(jìn)行了演練，學(xué)生普遍反映理解了在振源“帶動”下產(chǎn)生的機(jī)械波的相關(guān)特性，收到了很好的教學(xué)效果。