横波纵波波动演示仪

转 动 就 会 形 成 横 波 和 纵 波 ，横 波 一 侧 面 对 学 生 ，学 生 便 会 观 察 到 横 波 ，纵 波 一 侧 面 对 学 生 ，学 生 便 会 观察到纵波．
图 ２ 纵 波 演 示 器
手摇式横波、纵 波 演 示 仪 器 在 课 堂 教 学 中 存 在一定不足：１）传 统 的 手 摇 式 波 动 演 示 器 上 的 各 质点是独立的，给 学 生 建 立 的 是 不 完 整 的 物 理 模 型；２）横波、纵波 演 示 仪 器 只 能 分 开 进 行 演 示，不 能在同一个装置上同时展示出横波与纵波的形成 与 传 播 ，教 学 演 示 时 还 需 要 ２ 个 装 置 ；３）操 作 复 杂 繁琐，先要逆时针 使 所 有 振 子 排 列 均 匀 倩，代 伟，蒋金华，王 漫
（西华师范大学 物理与空间科学学院，四川 南充 ６３７００２）
摘 要：针对现有仪器演示横波和纵波的不足，自制了横波纵波波动演示仪．利用曲 柄 滑 块 机 构 将 电 机 的 旋 转 运 动 变成直线往复运动，以此带动橡皮筋和圆柱形弹簧振动得到 横 驻 波 与 纵 驻 波，通 过 观 察 横 波 和 纵 波 的 振 动 图 像、产 生 条 件就能让学生直观感受横波与纵波的形成与产生过程．
２ 自 制 波 动 演 示 仪
图 １ 横 波 演 示 器
自制横波纵波波动演示 装置如图 ３所 示．装 置由 木 板、橡 皮 筋、圆 柱 形 螺 旋 弹 簧、直 流 调 速 电 动 机 、曲 柄 滑 块 机 构 （结 构 如 图 ４ 所 示 ）、可 调 直 流
收 稿 日 期 ：２０１７０９１１ 资 助 项 目 ：四 川 省 研 究 生 教 育 改 革 创 新 项 目 （川 学 位 ［２０１３］１５ 号 ） 作者简介：杜 倩（１９９３－），女，四川绵阳人，西华 师 范 大 学 物 理 与 空 间 科 学 学 院 ２０１７ 级 硕 士 生，研 究
ＰＨＹＳＩ物ＣＳ Ｅ理ＸＰ ＥＲ实ＩＭ Ｅ验ＮＴＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．，２０１８
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文 章 编 号 ：１００５４６４２（２０１８）０３００６１０３
横波纵波波动演示仪
关 键 词 ：横 波 ；纵 波 ；共 振 中 图 分 类 号 ：Ｇ６３３．７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１９６５５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００５４６４２．２０１８．０３．０１６
在高中物理 机 械 波 学 习 中，波 的 形 成 和 传 播 是课堂教学中的 重 点 和 难 点，在 教 学 中 做 好 课 堂 演示实验可让学生直观感受 波的形成 与传 播．为 了让学生更加直观地观察横波和纵波的产生以及 传播 情 况，自 制 了 横 波 纵 波 波 动 演 示 仪．演 示 仪 利用曲柄滑块机构将电机的旋转运动转变成直线 往复运动，以此 带 动 橡 皮 筋 和 圆 柱 形 弹 簧 振 动 得 到 横 驻 波 与 纵 驻 波 ．演 示 仪 原 理 清 晰 ，结 构 简 单 ， 操作方便，用于 波 动 课 堂 教 学 演 示 能 激 发 学 生 的 好奇心和求知欲．
图 ３ 横 波 纵 波 波 动 演 示 仪
图 ４ 曲 柄 滑 块 机 构
３ 仪 器 操 作 方 法
１）横 波 的 观 察 演示横波时，首 先 将 电 压 调 节 旋 钮 旋 至 最 低 再 接 通 电 源 ，同 步 调 节 电 压 和 橡 皮 筋 长 度 ，直 至 看 到清 晰 的 横 驻 波 图 像，如 图 ５ 所 示．继 续 增 大 电 压 ，波 的 个 数 也 会 增 加 ，根 据 相 邻 ２ 个 波 节 或 波 腹 间水平方向的距 离 相 差 半 个 波 长，在 横 波 上 找 出 ２个相邻波节或波腹，就可算 出 该 横 波 的 波 长．通 过演示仪学生可看到横波的形成与传播过程．
26物理实验第38卷5教具创新之处横波纵波波动演示仪是对传统横波纵波演示仪器的不足的改进此装置巧妙地利用曲柄滑块机构将电机的旋转运动变为振子的上下往复运动通过调节电机的电压就可调节振子的频率装置结构简单操作简单得到的横波纵波图像完整稳定便于学生观察
第 ３８ 卷
第３期
２０１８年３月
图 ５ 横 波 图 像
２）纵 波 、共 振 的 观 察 和 横 波 观 察 操 作 类 似 ，调 整 轻 质 弹 簧 长 度 的 同
时改变电机电压，直至清晰的 纵波出 现，现象如图 ６所示．继续 增大电 压，波的 个数就 会增 加．通 过 振动图像看到振动密处是波 腹，振动疏 处是波 节， 波 腹 到 波 腹 的 距 离 是 半 个 波 长 ，进 而 知 道 波 长 ．通 过演示仪学生可看到纵波的形成与传播过程．
１ 教 材 中 手 摇 式 波 动 演 示 仪 器 的 不 足
文 献 ［１］对 波 的 形 成 与 传 播 的 实 验 探 究 中 ，提 供 的 实 验 演 示 装 置 如 图 １～２ 所 示 ，该 仪 器 具 体 操 作 方 法 是 ：握 住 手 柄 逆 时 针 转 动 ，直 至 所 有 振 子 排 列 均 匀 并 整 体 振 动 时 ，即 可 顺 时 针 旋 转 手 柄 ，不 断
方向为学科教育．
通信作者：代 伟（１９６４－），男，四川遂宁人，西华师 范 大 学 物 理 与 空 间 科 学 学 院 教 授，学 士，主 要 从 事 大学物理实验教学与研究．
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物 理 实 验
第 ３８ 卷
以及数字电压表等组成．为 了更 好地测 量出横 波 和纵波的波长，在 横 轴 和 纵 轴 木 板 上 贴 喷 绘 刻 度 尺．演示横波时通过振子上 下往 复运动 带动水 平 方向的橡皮筋上 下 振 动，此 时 振 动 方 向 与 波 的 传 播 方 向 垂 直 ，调 节 橡 皮 筋 的 松 紧 和 电 机 的 转 速 ，当 调到某一值时便 可 在 水 平 方 向 观 察 到 横 驻 波，改 变橡皮筋的松紧和电机的转速可改变横波的波长 和振幅．演示纵波时通过振 子上 下往复 运动带 动 竖直方向的拉伸 弹 簧 上 下 振 动，此 时 振 动 方 向 与 波的传播方向一 致，调 节 弹 簧 的 松 紧 和 电 机 的 转 速，当调到某一 值 时 便 可 在 竖 直 方 向 观 察 到 纵 驻 波，改变弹簧的 松 紧 和 电 机 的 转 速 可 改 变 纵 波 的 波长和振幅．在振子上安装 共振 片或共 振圆环 可 演示共振现象．