簡易橫波傳播現象演示儀的設計與制作

王妍妍等

摘 要：本文介紹了一款簡易橫波傳播現象演示儀的設計與制作方法，該儀器能夠演示橫波傳遞現象。

關鍵詞：橫波；傳播形式；實驗展示

1 引言

談到高中物理課程中的一些內容，橫波的傳播都是以課本內容為主并沒有很詳細的說明和演示，而學生在之前并沒有接觸過相關的知識，對橫波的認識非常貧乏，而且普通的視頻播放不夠直觀，操作性差。

通過這個演示儀，學生可以比較形象直觀地了解橫波，對之后學習聲波等知識也有輔助作用。

2 功能簡介

“簡易橫波傳播現象演示儀”通過改變電路電阻大小，從而改變電路電流，使得揚聲器接收頻率改變進行工作，揚聲器與振子連接，從而達到能夠觀察到不同頻率聲音聲波不同的效果，讓學生能夠直觀理解橫波和聲波的傳播。

3 “簡易橫波傳播現象演示儀”的主要結構

4 “簡易橫波傳播現象演示儀”的物理原理

橫波在傳播過程中，凡是波傳到的地方，每個質點都在自己的平衡位置附近振動。由于波以有限的速度向前傳播，所以后開始振動的之地啊比先開始振動的質點在步調上要落后一段時間，即存在相位差。橫波的傳播，在外表上形成一種“波浪起伏”，即形成波峰和波谷，在傳播的知識振動狀態，媒介的質點并不隨波前進。實質上，橫波的傳播是由于媒質內部發生剪切變形（即是媒質各層之間發生平行于這些層的相對移動）并產生使體元恢復原狀的剪切彈性力而實現的。否則一個體元的振動，不會牽動附近體元也動起來，離開平衡位置的體元，也不會在彈性力的作用下回到平衡位置。在本教具中，振子振動過程中，由于振子與兩根魚線的相互作用力，使得兩根魚線產生方向相反的振動，從而帶動其它竹棒的振動，進而可直觀地觀察到所有竹棒振動形成的波形，即橫波的波形。同時，聲波是橫波，因此，我們通過音叉的振動帶動竹棒的振動，從而展現出聲波的傳播。

5 “簡易橫波傳播現象演示儀”的制作方法

⑴將塑料棒截成粗細均勻，截面直徑、長度都相等的圓柱棒作為振子。⑵在每個振子中點兩側，距中點等遠處鉆兩個小孔。用兩根魚線把振子串聯起來。把每兩個振子間的兩個魚線中點用銅線扣緊。每兩個振子間的距離必須相等。魚線兩端通過木柱上的小孔后結在一起，并塞入楔子使魚線盡可能張緊。⑶隔板的長度和寬度根據需要確定。隔板的一個長邊要制成弧形，一塊向下凸出，另一塊向下凹陷。這樣使兩塊隔板中間的狹縫略呈現圓弧狀。由于振子重量較大，魚線不可能拉成水平，這樣做可以避免隔板和振子之間的摩擦，從而影響演示效果。⑷因為振子的兩端不一定一樣重，將銅絲繞在弦子輕的一端，利用銅絲的重量來平衡弦子兩端的重量，是弦子平衡。⑸隔板可插入木座兩端木柱中間的豎直縫內，可上下調節，使板中間的縫有適當的寬度。⑹安電路圖連接電路。

6 “簡易橫波傳播現象演示儀”的使用說明

⑴安裝好后，接通電源，設備處于待機狀態；⑵通過調節電阻大小，改變電路電流頻率，使得揚聲器發出不同的聲音，同時揚聲器膜的振動帶動振子振動，達到演示效果。

7 相關拓展

在如今的中學教學中很少出現橫波的實驗演示，所以我們制作的橫波演示儀為機械振動在媒質中傳播的一種新穎演示儀器，其主要作用之一是我們觀察弦子的運動軌跡，能夠演示橫波的形成和傳播，另一方面通過電路產生聲波并帶動弦子的運動，我們還能演示出聲波的形成和傳播，用這種方法就可以形象地展現出對聲波這種抽象的概念。較之以往一些模擬的波動演示器，我們的教具在制作方面比較方便并且取材也很容易，而且我們的教具更加具有直觀性，真實的特點，此外它還可以粗略的演示波長、頻率、波速之間的關系。本實驗演示儀適用于中學中關于橫波和聲波的相關課程的教學。

[參考文獻]

[1]童詩白，華成英，編.《模擬電子技術基礎》.高等教育出版社，2006年.

[2]閻石，主編.《數字電子技術基礎》.高等教育出版社，2005年.