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        細(xì)鐵絲撥磚式共振演示器的制作與應(yīng)用

        2018-03-19 03:01:42霍金勝
        關(guān)鍵詞:細(xì)鐵絲細(xì)繩驅(qū)動(dòng)力

        霍金勝

        中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的共振演示器如圖1所示,在金屬架子上繃一條水平方向細(xì)繩,在細(xì)繩上懸掛數(shù)個(gè)擺長(zhǎng)不同質(zhì)量較小的小球做成的單擺,如圖1中的A、B、C。再懸掛一個(gè)質(zhì)量較大的金屬球,做驅(qū)動(dòng)擺,如圖1中的X。

        施加外力使驅(qū)動(dòng)擺X擺動(dòng),帶動(dòng)水平細(xì)繩擺動(dòng),水平細(xì)繩擺動(dòng)又帶動(dòng)A、B、C3個(gè)小球做受迫振動(dòng)。一段時(shí)間后,學(xué)生觀察到B球擺動(dòng)的幅度最大,而A球和C球擺動(dòng)的幅度很小。由于X球的擺長(zhǎng)與B球的相同,當(dāng)X球擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的頻率與B球振動(dòng)的固有頻率相同。從而通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí),當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率等于物體的固有頻率時(shí)做受迫振動(dòng)的物體振幅最大。

        此演示實(shí)驗(yàn)?zāi)芮宄卣f(shuō)明,做受迫振動(dòng)的物體受到的驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體固有頻率相同時(shí)振子振動(dòng)的振幅最大。學(xué)生觀察此實(shí)驗(yàn)后,對(duì)共振產(chǎn)生的原理并不能完全理解,對(duì)共振能產(chǎn)生極大的危害也不容易認(rèn)識(shí)。為了彌補(bǔ)此實(shí)驗(yàn)的不足,筆者制作了細(xì)鐵絲撥磚式共振演示器,如圖2所示。

        1制作方法

        (1)用金屬條制作1個(gè)高約1m,寬約60cm的金屬框架。

        (2)用長(zhǎng)約60cm的8號(hào)鐵絲制作1個(gè)振動(dòng)擺,用1塊磚頭做擺球懸掛在金屬框的上邊柜,使其能自由擺動(dòng)。

        (3)用長(zhǎng)90cm的8號(hào)鐵絲制作1個(gè)驅(qū)動(dòng)擺,用1塊比磚塊重得多的金屬塊做擺球,鐵塊用元寶螺絲固定,使鐵塊可以方便地上下移動(dòng)進(jìn)而改變擺長(zhǎng)。

        (4)取一小段22號(hào)細(xì)鐵絲,使其一端能方便地夾在驅(qū)動(dòng)擺上,另一端折成“Y”形,能方便地夾住振動(dòng)擺。

        2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

        (1)把細(xì)鐵絲拿在手上,用其撥振動(dòng)擺,觀察磚塊的擺動(dòng)。由于細(xì)鐵絲很細(xì),對(duì)振動(dòng)擺的作用力很小,而磚塊的質(zhì)量約為2kg,所以磚塊擺動(dòng)的振幅很小。

        (2)把細(xì)鐵絲一端夾在驅(qū)動(dòng)擺上,另一端夾住振動(dòng)擺的金屬絲,用手推動(dòng)驅(qū)動(dòng)擺讓其擺動(dòng),觀察振動(dòng)擺的擺動(dòng)情況。

        (3)松動(dòng)元寶螺絲,移動(dòng)鐵塊的高度從而改變驅(qū)動(dòng)擺的擺長(zhǎng),重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。

        (4)當(dāng)驅(qū)動(dòng)擺的擺長(zhǎng)與振動(dòng)擺的擺長(zhǎng)相同時(shí),振動(dòng)擺的振幅最大,可以達(dá)到15cm左右,即產(chǎn)生了共振。

        3教學(xué)效果

        學(xué)生通過(guò)此實(shí)驗(yàn),清楚直觀地理解了驅(qū)動(dòng)力如何對(duì)振動(dòng)擺產(chǎn)生作用。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力頻率等于振動(dòng)擺的固有頻率時(shí),振動(dòng)擺的振幅為什么最大;當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率與振動(dòng)擺的頻率相差較大時(shí),振動(dòng)擺的振幅為什么較小。

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