简谐运动图像的演示

简谐运动图像的演示

温珍温暁恒

现行教材采用沙摆描绘简谐运动的图像，该方法原理科学、直观，能很好的帮助学生理解简谐运动的运动规律。

这种方法的缺点是：①随着沙的流出，沙摆的重心不断变化，导致摆长变化，从而导致沙摆振动周期变化。②用手拉放在桌面上的底板很难保证其匀速直线运动，因而影响效果；③释放沙摆开始振动时，操作者要同时放开沙漏口和启动板，操作难度比较大；④难以控制沙子流量均匀，描绘的图像容易被破坏，不便对其做进一步研究。

于是我们根据这些缺点对该实验进行了改进，以下是改进后的实验：

一、实验材料：

支架台、矿泉水瓶、针筒、细软管、笔芯、底板

二、改进思路

在单摆振动时，用1 根极细的软管附着其上随之振动，管中虽然有水流动，但它对摆球振动的影响很小，摆球的质量也可以认为基本不变，这样，就可实现在不显著影响摆球运动的情况下，将摆球的运动“传感”到细软管上，通过细管流出的墨水再射到运动的记录底板上。喷墨的开始和终止可由与细软管相连的注射器进行控制，这样，就简单有效地实现了振动体和记录体的分离，使它们之间的相互影响降低到最小程度。

三、制作过程

（1）用电烙铁在矿泉水瓶的底部、瓶盖和瓶盖附近分别打一个小孔；

（2）用塑料接头连接足够长的细软管，它一头与注射器连通，另一头穿过矿泉水瓶的孔而过，通过接头与1 个注射针头相连；

（3）在矿泉水瓶的两个小孔处用热熔胶把细软管固定好，并确保底部无漏水；

（4）向矿泉水瓶注入适量的水，并用注射器向管中注入适量的清水，直至清水流到接近针头处；

（5）当矿泉水瓶开始振动并稳定后，启动记录底板，然后再开始轻推注射器活塞，一股细水流随即从针头喷出，射向平放在运动记录底板上，图象描绘开始。若要终止图象描绘，只需将轻推改为轻拉注射器活塞，喷墨即可停止。由于从小号针头喷出的墨水流很细，描绘好的图象可立即拿起来立放供学生观看。

四、改进的优点：

该设计演示克服了传统的“漏沙摆”演示的不足，能保持单摆的摆长不变，从注射针管里流出的水描绘的振动图象清晰、均匀、美观，演示后的图象更准确，可供全班学生观察、分析，达到了客观、直观、美观的演示效果，同时对单摆作简谐运动的图象是正弦或余弦图象具有很强的说服力。此外，实验操作难度不大，实验需要的器材取材也很方便。

五、另外一个造型

它的做法跟上述的差不多，这个造型更利于在课堂上进行实验演示，能使大多数学生清楚地看到得出简谐运动图像的过程。

六、注意事项

在实验演示过程中，要注意匀速拉动底板，以免造成得出不规则的正弦波图像