共振现象演示的一种简单有效仪器

　　摘 要：共振是一种重要的物理现象，通过对共振现象演示仪器的创造性改进，使仪器具有结构简单，操作方便，现象明显等特点，在高中物理教学中具有良好的应用前景，对学生深刻理解共振现象的本质具有很大帮助。
　　关键词：共振；单摆；驱动力；受迫振动；频率
　　
　　共振现象在机械学、声学、光学、电磁学、分子物理学等方面都有着重要的应用。所以在高中阶段学习物理的过程中，对共振现象的深刻理解显得十分重要，从而为今后的进一步学习打下良好的基础。要做到这一点，高中教师课堂的演示实验效果好坏是对共振现象理解深刻与否的关键。通常教师在给学生演示共振现象时，都采用一些传统的教学仪器和手段，虽然说可以说明这一现象，但对仪器工作过程说明繁琐，演示过程学生对共振现象本质的认识不够直观，理解不够深刻。本实验仪器可以改变传统仪器的不足。
　　本仪器结构简单，设计新颖，操作便捷，工作过程易于说明，物理概念清晰，实验现象十分明显，实验效果非常突出。
　　1.仪器的基本结构
　　仪器的基本结构如图所示：①支撑框架；②环形铜套；③楔形转轴；④悬挂横梁；⑤固定螺丝；⑥动力摆摆杆和摆球；⑦不同摆长的单摆。
　　2.仪器的基本原理
　　共振：当外界驱动力的频率（周期）等于振动物体的固有频率（周期）时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。单摆的频率为：f=（2π■）-1，l为单摆摆长，g为重力加速度。当动力摆摆动起来时，悬挂横梁上将产生一个与动力摆频率（周期）相同的周期性驱动力（悬挂横梁上来回转动的扭力），这时悬挂横梁上的单摆在这个驱动力作用下，都会产生受迫振动。实验前，通过固定螺丝调整动力摆的摆长，使之与某个单摆的摆长相等，因而两者的固有频率（周期）也就相等了。这时当动力摆摆动起来时，产生驱动力的频率（周期）就等于这个单摆的频率（周期），少许时间这个单摆将产生共振。
　　3.仪器的材料、制作和基本数据
　　支撑框架都用不锈钢方管制成。方管横截面的外形尺寸30mm 10mm；底座两个长边的长度都是600mm；底座两个短边的长度都是345mm；两根立柱的长度都是690mm；环形铜套镶嵌在立柱顶端，内径10mm；悬挂横梁用钢杆制成，直径为6mm，长度为600mm，钢杆的两端打磨成长15mm的楔形刀刃，两刀刃的方向相同，在悬挂横梁的中间平行于刀刃方向打一个贯穿小孔，直径略大于1mm，以便使动力摆摆杆上下移动自如；垂直于贯穿小孔方向，在悬挂横梁的一侧中心上，打一个半透细螺丝小孔，用相应的螺丝杆调整动力摆的摆长并固定摆杆；动力摆摆杆用铜杆（或钢杆）制成，长度为660mm，杆的直径为1mm；动力摆钢球直径为30mm，将摆杆的一端用胶与摆球牢固粘接；四个（也可多个）单摆均匀排列在动力摆的两侧，并用丝线固定在横梁上，丝线长度分别为600mm、500mm、400mm、30