教具發(fā)明使學(xué)習(xí)更簡單

徐梁杰驛

發(fā)明創(chuàng)造可以幫助我們從熟悉的事物中發(fā)現(xiàn)問題，從而進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于我們學(xué)生來說，最熟悉的莫過于學(xué)習(xí)了，學(xué)科實(shí)驗(yàn)中教具的發(fā)明既可以讓學(xué)習(xí)變得更簡單，又可以學(xué)以致用。

簡諧運(yùn)動(dòng)演示儀就是實(shí)驗(yàn)教具的一種。我們都知道，簡諧運(yùn)動(dòng)是最基本也是最簡單的機(jī)械振動(dòng)，實(shí)際上就是正弦振動(dòng)。它是一種由自身系統(tǒng)性質(zhì)決定的周期性運(yùn)動(dòng)（如單擺運(yùn)動(dòng)和彈簧振子運(yùn)動(dòng)）。當(dāng)某種物體進(jìn)行簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體所受的力跟位移成正比，并且總是指向平衡位置。簡諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是：研究變力作用下產(chǎn)生變加速度的運(yùn)動(dòng)，有助于加強(qiáng)我們對(duì)加速度和變速運(yùn)動(dòng)概念的理解；沒有使用簡練概括的數(shù)學(xué)語言，而是用定性的文字語言來敘述和分析比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象。

但是，我們習(xí)慣于分析恒力作用下物體的單程運(yùn)動(dòng)，而對(duì)振動(dòng)過程的分析，普遍覺得有些困難。我想到火車輪連動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)，在平面上的投影就是簡諧運(yùn)動(dòng)。因此，我們想用旋轉(zhuǎn)矢量來表示簡諧運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)矢量勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，矢端在x軸上的投影作簡諧振動(dòng)。這樣就可以很直觀地演示簡諧振動(dòng)的圖像。

高中物理新教材采用水平彈簧振子代替以前的砂擺，演示簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像，但目前實(shí)驗(yàn)室擁有的簡諧運(yùn)動(dòng)演示儀存在著諸多不足：①描繪圖像的筆與板不穩(wěn)定，明顯不是勻速運(yùn)動(dòng)；②用筆來描圖多少有摩擦，實(shí)現(xiàn)不了等幅性；③畫出的圖像不規(guī)范，實(shí)驗(yàn)效果差。

我們發(fā)明的演示儀主要包括兩部分：左側(cè)用指針表示矢量，當(dāng)矢量勻速旋轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，矢端在x軸上的投影位置處的二極管發(fā)光。……