“共振擺”實驗裝置及演示方法的改進

孫建清

摘要：“共振擺”實驗演示時，各擺球通過懸線對橫梁施加驅(qū)動力，導(dǎo)致各球擺動難以呈現(xiàn)規(guī)律性，減弱了教學(xué)效果。對“共振擺”實驗裝置和演示方法同時進行改進，大大地提高了實驗效果和實驗裝置的利用效率。

關(guān)鍵詞：共振擺；演示；改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）8（S）-0061-1

如圖1，共振擺工作原理：讓B球擺動。B球通過繩子對橡皮管施加驅(qū)動力使其做受迫振動。橡皮管再將此驅(qū)動力傳遞給其他單擺。其他單擺做受迫振動。D的擺長與B相同，固有頻率等于驅(qū)動力的頻率，故振幅最大。但是真實的實驗現(xiàn)象是：B振幅逐漸減小，其他各球開始振動。過了一段時間D的振幅明顯比其他小球大，接著D的振幅慢慢減小。B的振幅逐漸增大，在此過程中會出現(xiàn)其他小球振幅比B大的時候。究其原因。在振動過程中，每個小球起振之后都會通過繩子對橡皮管施加驅(qū)動力，各單擺之間相互影響，最后看到的現(xiàn)象就越來越?jīng)]規(guī)律。這種實驗現(xiàn)象，對于初學(xué)共振的學(xué)生會造成干擾，不利于知識的掌握。為此，筆者對此實驗裝置以及演示方法進行了簡單的改進（圖2）。在公開課教學(xué)中，取得了良好的效果！

1 實驗裝置改進

（1）從廢舊收音機上取下天線，去除兩端，留下中間適當(dāng)長度，得到一根空心鋼管。將細繩穿過鋼管。

（2）取下共振擺上的橡皮管，把空心鋼管兩端穿出的細繩分別系在共振擺的兩豎直臂上。將5個單擺等間距地系在鋼管上。改進后裝置如圖2所示。

2 演示方法改進

（1）共振演示：左手扶住共振擺，右手大拇指和食指捏住鋼管一端前后晃動，控制晃動頻率，教師可以讓任意一個單擺共振。效果神奇，群情激動，學(xué)生躍躍欲試。

（2）受迫振動頻率特點演示：共振擺垂直于講臺放置，學(xué)生只能看到共振擺側(cè)面。左手扶住共振擺。右手大拇指和食指捏住鋼管一端前后晃動。讓學(xué)生觀察每個單擺振動頻率，可以清楚地看到，穩(wěn)定時各個單擺的振動頻率相同。

（3）共振原因演示：將兩側(cè)的4個單擺掛在兩邊的豎直臂上。只留下中間一個單擺。對著靜止的擺球吹氣，吹10次，看如何吹擺球蕩得最高。教師和學(xué)生比賽。最后學(xué)生會發(fā)現(xiàn)吹氣技巧：吹氣頻率和單擺固有頻率一樣時效果最明顯。讓學(xué)生分析原因。觀察幾次后一定會有同學(xué)能分析出：驅(qū)動力等于固有頻率時。驅(qū)動力一直做正功。故單擺能量越來越大，振幅越來越大。

（欄目編輯 王柏廬）