簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)振動(dòng)圖象-演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1、描繪簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)振動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)振動(dòng)圖象” 演示實(shí)驗(yàn)中利用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)描繪簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖, 使實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)單、易操作, 增強(qiáng)了直觀性和可見(jiàn)性, 從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性?！娟P(guān)鍵詞】 電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。我們?cè)诮虒W(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(zhǎng)變化，從而導(dǎo)致沙擺振動(dòng)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(wú)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(duì)其做進(jìn)一步研究。0tX為了克服以上不足之處，我們對(duì)其做了三個(gè)方面的改進(jìn)：（1）利用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)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(jì)時(shí)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(kāi)啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放電針?lè)烹姶螯c(diǎn)，記錄小球該時(shí)刻的位置。 用這種方法描繪簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像有兩個(gè)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(dòng)平板車運(yùn)載記錄紙； 在平板下安放車輪，并用電動(dòng)機(jī)給它提供動(dòng)力。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快，我們通過(guò)變速齒輪減速，以匹配單擺的振動(dòng)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(guò)接線柱連接計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)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(gè)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(shí)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(tái)上適當(dāng)位置，用鐵

4、夾固定一根鐵釘，用永久磁鐵通過(guò)鐵釘吸附小球。當(dāng)小球靜止后，拿走磁鐵，小球開(kāi)始做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。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(gè)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(dòng)平板小車（3）控制面板 為了使實(shí)驗(yàn)儀器顯得將簡(jiǎn)潔，緊湊，將電動(dòng)平板小車的電源和控制開(kāi)關(guān)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線做到一個(gè)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(hào)電池，用雙刀雙擲開(kāi)關(guān)控制小車的啟動(dòng)和運(yùn)動(dòng)方向。計(jì)時(shí)器開(kāi)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(kāi)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(kāi)始實(shí)驗(yàn)。讓單擺小球在平衡位置靜止，打開(kāi)計(jì)時(shí)器開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)小車，當(dāng)小車完全通過(guò)擺球下方時(shí)，關(guān)閉小車，關(guān)閉計(jì)時(shí)器；用永久磁鐵吸附單擺小球，待靜止后，拿開(kāi)永久磁鐵，小球開(kāi)始做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)計(jì)時(shí)器，等小球擺動(dòng)幾個(gè)周期后，再啟動(dòng)小車，使其向相反的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車完全通過(guò)擺球下方時(shí)，關(guān)閉小車，關(guān)閉計(jì)時(shí)器從小車上取下白紙，在白紙的背面會(huì)留下小球的振動(dòng)圖像。我們?cè)诎准埖谋趁鏁?huì)得到三條曲線正中間一條直線，體現(xiàn)小球的平衡位置；開(kāi)始有一條豎直線，體現(xiàn)小球在相對(duì)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(shí)刻小球相對(duì)平衡的位移。所以我們以代表小球平衡位置的直線為時(shí)間軸，以小球位移方向?yàn)榭v軸，該曲線代表的是各時(shí)刻小球的位移。由于受技術(shù)條件的限制，彈簧振子的振動(dòng)圖像一直沒(méi)有較準(zhǔn)確描繪出來(lái)。利用上面相同的原理，可以完成這個(gè)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?qǐng)D示，安裝儀器，并連接好電路開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。打開(kāi)氣泵，讓彈簧振子在平衡位置靜止，打開(kāi)計(jì)時(shí)器開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)小車，當(dāng)小車完全通過(guò)放電針下方時(shí)，關(guān)閉小車，關(guān)閉計(jì)時(shí)器；讓彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)計(jì)時(shí)器，等振子振動(dòng)幾個(gè)周期后，再啟動(dòng)小車，使其向相反的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車完全通過(guò)放電針下方時(shí)，關(guān)閉小車，關(guān)閉計(jì)時(shí)器從小車上取下白紙，在白紙的背面會(huì)留下彈簧振子的振動(dòng)圖像。本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：既繼承了傳