繩駐波演示儀的制作與使用

劉明忠

駐波是自然界中十分常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，例如水波，樂(lè)器發(fā)聲，樹(shù)梢震顫等。為了比較形象、直觀地演示駐波，筆者制作了繩駐波演示儀。繩駐波演示儀是用彈性繩演示駐波的儀器，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為曲軸在豎直平面內(nèi)上下的周期性運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)彈性細(xì)繩（即本裝置的彈性繩）產(chǎn)生一列入射波，入射波經(jīng)固定點(diǎn)反射回來(lái)，當(dāng)反射波與入射波疊加在一起，滿足一定的條件時(shí)就產(chǎn)生了駐波。

1 器材清單

小型電動(dòng)機(jī)一個(gè)（6 V），彈性繩一根（80 cm左右），長(zhǎng)木板一塊（長(zhǎng)80 cm左右），固定支架兩個(gè)，教學(xué)電源一個(gè)（J1209），滑動(dòng)變阻器一個(gè)（50歐），導(dǎo)線若干。

2 制作方法

2.1 改造電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸

將小型電動(dòng)機(jī)（6 V）的轉(zhuǎn)動(dòng)軸改裝成轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，如圖1所示。

2.2 安裝彈性繩

先將兩固定支架固定在長(zhǎng)木板兩端合適的位置，再將彈性繩適當(dāng)拉緊，兩端固定在固定支架。調(diào)節(jié)好彈性繩與小型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸最低點(diǎn)之間的距離（彈性繩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸最低點(diǎn)之間距離可調(diào)），如圖2所示。

2.3 連接電路

按照?qǐng)D3中的電路圖把教學(xué)電源、小型電動(dòng)機(jī)、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等將電路連接。

3 基本用途

該演示儀可演示“彈性繩振動(dòng)產(chǎn)生的橫波與駐波現(xiàn)象”。

接通開(kāi)關(guān)，如圖2所示，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)曲軸每轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí)周期性敲擊彈性繩，就會(huì)在彈性繩上產(chǎn)生一列入射波，經(jīng)彈性繩另一固定點(diǎn)反射，形成反射波，兩列波在適當(dāng)?shù)臈l件下疊加，可以看到中央凸起的波腹處振動(dòng)最激烈，波節(jié)處幾乎無(wú)振動(dòng)，最終產(chǎn)生明顯的駐波效果。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變電動(dòng)機(jī)的輸入電流，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變電動(dòng)機(jī)敲擊彈性繩的振動(dòng)頻率，可以形成多種駐波圖景，從而解決了教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。（比較容易調(diào)節(jié)到的有1個(gè)波腹，2個(gè)波腹，3個(gè)波腹，4個(gè)波腹，如圖4）若在頻閃光源下演示效果更顯著。

4 主要優(yōu)點(diǎn)

該演示儀具有很強(qiáng)的趣味性和很高的科學(xué)性，將電動(dòng)機(jī)軸的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成豎直方向的周期性運(yùn)動(dòng)，周期由電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，方便調(diào)節(jié)。

該演示儀的制造原理、制作過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，在材料、工藝、手段等方面，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

該演示儀效果明顯，能夠觀察到明顯的駐波效果，清楚地了解駐波的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯云興.橫波演示實(shí)驗(yàn)成功之探[J].物理教學(xué)探討，2002，20（4）：45—46.