尹高生

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

人教版高中物理選修(3-4)第11章第4節(jié)中,描繪單擺振動(dòng)圖像的演示實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作時(shí),存在諸多不足:(1)白紙?jiān)谒矫鎯?nèi)拖動(dòng),全班學(xué)生未必都能看清圖像的形成過(guò)程.(2)注射器內(nèi)的墨水不易控制而流動(dòng)不止,容易把紙面弄臟.(3)勻速拖動(dòng)白紙很難把握,使得圖像準(zhǔn)確度欠佳.

為克服以上問(wèn)題,筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)裝置.

1 實(shí)驗(yàn)裝置

如圖1所示,在奶粉罐上下底的圓心處各鉆一個(gè)小孔,把圓心有孔的木制定滑輪用強(qiáng)力膠粘在桶底上,使定滑輪的圓心和桶底的圓心重合,然后用8號(hào)鐵絲緊緊穿過(guò)奶粉罐上下底的圓心,做成一個(gè)滾筒.再將滾筒兩端的鐵絲插進(jìn)支架豎桿的小孔中,使?jié)L筒能自由轉(zhuǎn)動(dòng).在支架的底板上安裝一個(gè)小電動(dòng)機(jī)(可從廢舊的“隨身聽(tīng)”上拆下),將橡皮筋套在滾筒和小電動(dòng)機(jī)的滑輪上.用水泥做一個(gè)直徑上有孔的擺球,并在孔的兩側(cè)各安裝一個(gè)金屬小鉤.然后用細(xì)線把擺球系在支架的橫梁上.將醫(yī)用一次性輸液管上的翼形針頭插入擺球的小孔中,并將翼形針上端的毛細(xì)管與注射器相接.

圖1

2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)在滾筒上圍上一周白紙,在白紙的接頭處用膠帶固定.

(2)將注射器注入適量的紅墨水.

(3)啟動(dòng)電機(jī),滾筒勻速轉(zhuǎn)動(dòng),將擺球拉離平衡位置后釋放,輕輕推壓注射器柱塞,針頭射出極細(xì)的水流,在白紙上畫出圖像.

(4)讓擺球靜止在平衡位置,啟動(dòng)電機(jī),推壓注射器,畫圖像的“時(shí)間軸”.

(5)關(guān)閉電機(jī),用手轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒,讓白紙接頭附近的“零位移”停在靜止的擺球下方.然后將擺球拉離平衡位置后釋放,并推壓注射器,畫圖像的“位移軸”.

(6)從滾筒上取下白紙,展示一副比較理想的振動(dòng)圖像.

3 注意事項(xiàng)

(1)水泥球質(zhì)量稍大些,線要盡量細(xì).

(2)滾筒上的定滑輪直徑稍做大一些,以確保其慢速轉(zhuǎn)動(dòng).

(3)選取吸水性較好的白紙.

4 實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)點(diǎn)

(1)操作簡(jiǎn)便,演示過(guò)程直觀明顯,學(xué)生能清晰地看到圖像描繪的全過(guò)程.

(2)注射器內(nèi)的墨水容易控制,白紙近似勻速轉(zhuǎn)動(dòng),可以更準(zhǔn)確地描繪出圖像.