簡諧運(yùn)動振動圖象-演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1、描繪簡諧運(yùn)動振動圖象-演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)韓 康 冉英(北京市順義區(qū)楊鎮(zhèn)一中)【摘要】 在“ 簡諧運(yùn)動振動圖象” 演示實(shí)驗(yàn)中利用電火花打點(diǎn)計時器打點(diǎn)描繪簡諧運(yùn)動圖, 使實(shí)驗(yàn)更簡單、易操作, 增強(qiáng)了直觀性和可見性, 從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性?！娟P(guān)鍵詞】 電火花打點(diǎn)計時器; 導(dǎo)電紙；變速器；控制面板；氣泵；放電針【正文】現(xiàn)行教材采用沙擺描繪簡諧運(yùn)動的圖像，該方法原理科學(xué)、直觀，能很好的幫助學(xué)生理解簡諧運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律。我們在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)還存在一些不足：（1）原理的缺陷隨著沙的流出，沙擺的重心不斷變化，導(dǎo)致擺長變化，從而導(dǎo)致沙擺振動周期變化。（2）操作上的困難容易形成錐擺；沙

2、擺中的沙子經(jīng)常無法順暢的流出，造成實(shí)驗(yàn)失敗；沙子描繪的圖像容易被破壞，不便對其做進(jìn)一步研究。0tX為了克服以上不足之處，我們對其做了三個方面的改進(jìn)：（1）利用電火花打點(diǎn)計時器打點(diǎn)描繪圖像； 首先用漆包細(xì)銅絲代替細(xì)線懸掛擺球，并在小球下端安裝放電針，用導(dǎo)線連接打點(diǎn)計時器正脈沖輸出插座與擺球下面的放電針；其次在平板小車上先后鋪上導(dǎo)電紙和白紙連接到打點(diǎn)計時器的負(fù)脈沖輸出插座。將平板小車放在小球的正上方且使放電針與導(dǎo)電紙之間的距離很小，開啟打點(diǎn)計時器，放電針放電打點(diǎn)，記錄小球該時刻的位置。 用這種方法描繪簡諧運(yùn)動圖像有兩個優(yōu)點(diǎn)：圖像可以永久保存，方便進(jìn)一步研究；實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確。漆包細(xì)銅絲放電針正脈沖輸

3、出插座負(fù)脈沖輸出插座導(dǎo)電紙白 紙 紙平板小車（2）用電動平板車運(yùn)載記錄紙； 在平板下安放車輪，并用電動機(jī)給它提供動力。由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速過快，我們通過變速齒輪減速，以匹配單擺的振動周期。為了方便控制小車，用外部電源連接電機(jī)接線柱給電機(jī)供電。在平板小車表面帖上鋁薄作為負(fù)脈沖電極，通過接線柱連接計時器負(fù)脈沖輸出。將墨粉紙或?qū)щ娂埰戒佋阡X薄的上面，并保證接觸良好，再把白紙平鋪在導(dǎo)電紙。由于它們的平整程度直接影響到打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)效果，所以用兩根橡皮筋加固。 這樣改進(jìn)有兩個優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)變得更好操控；可以獲得更穩(wěn)定的速度，使時間軸更標(biāo)準(zhǔn)，圖像更完美。（3）用永久磁鐵吸附和釋放單擺小球 在鐵架臺上適當(dāng)位置，用鐵

4、夾固定一根鐵釘，用永久磁鐵通過鐵釘吸附小球。當(dāng)小球靜止后，拿走磁鐵，小球開始做簡諧運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn)：不易出現(xiàn)錐擺；便于控制擺球的振幅；相比電磁鐵更節(jié)能環(huán)保。實(shí)驗(yàn)儀器按功能分為三個模塊：（1）單擺 擺線用漆包細(xì)銅絲，并在擺球下面安裝放電針。（2）記錄裝置：電動平板小車（3）控制面板 為了使實(shí)驗(yàn)儀器顯得將簡潔，緊湊，將電動平板小車的電源和控制開關(guān)、打點(diǎn)計時器、導(dǎo)線做到一個木板上，我們稱它為控制面板。正脈沖輸出導(dǎo)線連接單擺小球。三芯線中負(fù)脈沖輸出導(dǎo)線連接小車負(fù)脈沖接線柱，電機(jī)電源導(dǎo)線分別接小車的電機(jī)接線柱。電機(jī)電源是一節(jié)5號電池，用雙刀雙擲開關(guān)控制小車的啟動和運(yùn)動方向。計時器開關(guān)控制脈沖電壓。負(fù)脈沖輸出導(dǎo)

5、線接小車負(fù)脈沖接線柱正脈沖輸出接單擺小球電機(jī)控制開關(guān)控制面板電機(jī)電源線 接小車電機(jī)接線柱按照下圖，安裝儀器，并連接好電路開始實(shí)驗(yàn)。讓單擺小球在平衡位置靜止，打開計時器開關(guān)，啟動小車，當(dāng)小車完全通過擺球下方時，關(guān)閉小車，關(guān)閉計時器；用永久磁鐵吸附單擺小球，待靜止后，拿開永久磁鐵，小球開始做簡諧運(yùn)動，打開計時器，等小球擺動幾個周期后，再啟動小車，使其向相反的方向運(yùn)動，當(dāng)小車完全通過擺球下方時，關(guān)閉小車，關(guān)閉計時器從小車上取下白紙，在白紙的背面會留下小球的振動圖像。我們在白紙的背面會得到三條曲線正中間一條直線，體現(xiàn)小球的平衡位置；開始有一條豎直線，體現(xiàn)小球在相對于平衡位置的位移方向；以上面兩條互相垂

6、直的直線為坐標(biāo)的一條正弦曲線。 正弦曲線上各點(diǎn)的物理意義：該時刻小球相對平衡的位移。所以我們以代表小球平衡位置的直線為時間軸，以小球位移方向?yàn)榭v軸，該曲線代表的是各時刻小球的位移。由于受技術(shù)條件的限制，彈簧振子的振動圖像一直沒有較準(zhǔn)確描繪出來。利用上面相同的原理，可以完成這個實(shí)驗(yàn)。使用的儀器有氣墊彈簧振子和氣泵，在彈簧振子上加裝放電針，并利用彈簧連接放電針和正脈沖輸出。按照圖示，安裝儀器，并連接好電路開始實(shí)驗(yàn)。打開氣泵，讓彈簧振子在平衡位置靜止，打開計時器開關(guān)，啟動小車，當(dāng)小車完全通過放電針下方時，關(guān)閉小車，關(guān)閉計時器；讓彈簧振子做簡諧運(yùn)動，打開計時器，等振子振動幾個周期后，再啟動小車，使其向相反的方向運(yùn)動，當(dāng)小車完全通過放電針下方時，關(guān)閉小車，關(guān)閉計時器從小車上取下白紙，在白紙的背面會留下彈簧振子的振動圖像。本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：既繼承了傳