描绘单摆振动图像的新实验装置

尹高生

(安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽芜湖 241000)

人教版高中物理选修(3-4)第11章第4节中,描绘单摆振动图像的演示实验在实际操作时,存在诸多不足:(1)白纸在水平面内拖动,全班学生未必都能看清图像的形成过程.(2)注射器内的墨水不易控制而流动不止,容易把纸面弄脏.(3)匀速拖动白纸很难把握,使得图像准确度欠佳.

为克服以上问题,笔者设计了一个新的实验装置.

1 实验装置

如图1所示,在奶粉罐上下底的圆心处各钻一个小孔,把圆心有孔的木制定滑轮用强力胶粘在桶底上,使定滑轮的圆心和桶底的圆心重合,然后用8号铁丝紧紧穿过奶粉罐上下底的圆心,做成一个滚筒.再将滚筒两端的铁丝插进支架竖杆的小孔中,使滚筒能自由转动.在支架的底板上安装一个小电动机(可从废旧的“随身听”上拆下),将橡皮筋套在滚筒和小电动机的滑轮上.用水泥做一个直径上有孔的摆球,并在孔的两侧各安装一个金属小钩.然后用细线把摆球系在支架的横梁上.将医用一次性输液管上的翼形针头插入摆球的小孔中,并将翼形针上端的毛细管与注射器相接.

图1

2 实验步骤

(1)在滚筒上围上一周白纸,在白纸的接头处用胶带固定.

(2)将注射器注入适量的红墨水.

(3)启动电机,滚筒匀速转动,将摆球拉离平衡位置后释放,轻轻推压注射器柱塞,针头射出极细的水流,在白纸上画出图像.

(4)让摆球静止在平衡位置,启动电机,推压注射器,画图像的“时间轴”.

(5)关闭电机,用手转动滚筒,让白纸接头附近的“零位移”停在静止的摆球下方.然后将摆球拉离平衡位置后释放,并推压注射器,画图像的“位移轴”.

(6)从滚筒上取下白纸,展示一副比较理想的振动图像.

3 注意事项

(1)水泥球质量稍大些,线要尽量细.

(2)滚筒上的定滑轮直径稍做大一些,以确保其慢速转动.

(3)选取吸水性较好的白纸.

4 实验装置优点

(1)操作简便,演示过程直观明显,学生能清晰地看到图像描绘的全过程.

(2)注射器内的墨水容易控制,白纸近似匀速转动,可以更准确地描绘出图像.