浅析共振“共振摆”实验装置及演示办法改善

论文导读：
摘要：“共振摆”实验演示时，各摆球通过悬线对横梁施加驱动力，导致各球摆动难以呈现规律性，减弱了教学效果。对“共振摆”实验装置和演示方法同时进行改进，大大地提高了实验效果和实验装置的利用效率。
关键词：共振摆；演示；改进
1003-6148（201摘自：毕业论文www.7ctime.com
3）8（S）-0061-1
如图1，共振摆工作原理：让B球摆动。B球通过绳子对橡皮管施加驱动力使其做受迫振动。橡皮管再将此驱动力传递给其他单摆。其他单摆做受迫振动。D的摆长与B相同，固有频率等于驱动力的频率，故振幅最大。但是真实的实验现象是：B振幅逐渐减小，其他各球开始振动。过了一段时间D的振幅明显比其他小球大，接着D的振幅慢慢减小。B的振幅逐渐增大，在此过程中会出现其他小球振幅比B大的时候。究其原因。在振动过程中，每个小球起振之后都会通过绳子对橡皮管施加驱动力，各单摆之间相互影响，最后看到的现象就越来越没规律。这种实验现象，对于初学共振的学生会造成干扰，不利于知识的掌握。为此，笔者对此实验装置以及演示方法进行了简单的改进（图2）。在公开课教学中，取得了良好的效果！
1 实验装置改进
（1）从废旧收音机上取下天线，去除两端，留下中间适当长度，得到一根空心钢管。将细绳穿过钢管。
（2）取下共振摆上的橡皮管，把空心钢管两端穿出的细绳分别系在共振摆的两竖直臂上。将5个单摆等间距地系在钢管上。改进后装置如图2所示。
2 演示方法改进
（1）共振演示：左手扶住共振摆，右手大拇指和食指捏住钢管一端前后晃动，控制晃动频率，教师可以让任意一个单摆共振。效果神奇，群情激动，学生跃跃欲试。
（2）受迫振动频率特点演示：共振摆垂直于讲台放置，学生只能看到共振摆侧面。左手扶住共振摆。右手大拇指和食指捏住钢管一端前后晃动。让学生观察每个单摆振动频率，可以清楚地看到，稳定时各个单摆的振动频率相同。
（3）共振原因演示：将两侧的4个单摆挂在两边的竖直臂上。只留下中间一个单摆。对着静止的摆球吹气，吹10次，看如何吹摆球荡得最高。教师和学生比赛。最后学生会发现吹气技巧：吹气频率和单摆固有频率一样时效果最明显。让学生分析原因。观察几次后一定会有同学能分析出：驱动力等于固有频率时。驱动力一直做正功。故单摆能量越来越大，振幅越来越大。
（栏目编辑 王柏庐）