绳驻波演示仪的制作与使用

刘明忠

驻波是自然界中十分常见的一种现象，例如水波，乐器发声，树梢震颤等。为了比较形象、直观地演示驻波，笔者制作了绳驻波演示仪。绳驻波演示仪是用弹性绳演示驻波的仪器，通过电动机的转动，转化为曲轴在竖直平面内上下的周期性运动，从而带动弹性细绳（即本装置的弹性绳）产生一列入射波，入射波经固定点反射回来，当反射波与入射波叠加在一起，满足一定的条件时就产生了驻波。

1 器材清单

小型电动机一个（6 V），弹性绳一根（80 cm左右），长木板一块（长80 cm左右），固定支架两个，教学电源一个（J1209），滑动变阻器一个（50欧），导线若干。

2 制作方法

2.1 改造电动机转动轴

将小型电动机（6 V）的转动轴改装成转动曲轴，如图1所示。

2.2 安装弹性绳

先将两固定支架固定在长木板两端合适的位置，再将弹性绳适当拉紧，两端固定在固定支架。调节好弹性绳与小型电动机转动曲轴最低点之间的距离（弹性绳与电动机转动曲轴最低点之间距离可调），如图2所示。

2.3 连接电路

按照图3中的电路图把教学电源、小型电动机、滑动变阻器、开关、导线等将电路连接。

3 基本用途

该演示仪可演示“弹性绳振动产生的横波与驻波现象”。

接通开关，如图2所示，电动机转动时曲轴每转到最低点时周期性敲击弹性绳，就会在弹性绳上产生一列入射波，经弹性绳另一固定点反射，形成反射波，两列波在适当的条件下叠加，可以看到中央凸起的波腹处振动最激烈，波节处几乎无振动，最终产生明顯的驻波效果。调节滑动变阻器，改变电动机的输入电流，改变电动机的转速，从而改变电动机敲击弹性绳的振动频率，可以形成多种驻波图景，从而解决了教学中的重点和难点。（比较容易调节到的有1个波腹，2个波腹，3个波腹，4个波腹，如图4）若在频闪光源下演示效果更显著。

4 主要优点

该演示仪具有很强的趣味性和很高的科学性，将电动机轴的圆周运动转化成竖直方向的周期性运动，周期由电机的转速决定，方便调节。

该演示仪的制造原理、制作过程简单，成本低廉，在材料、工艺、手段等方面，具有很强的实用性。

该演示仪效果明显，能够观察到明显的驻波效果，清楚地了解驻波的特点。

参考文献：

[1]汤云兴.横波演示实验成功之探[J].物理教学探讨，2002，20（4）：45—46.