简易龙卷风实验的设计方案

2016-06-14从岩邓锦熙

物理教学探讨 2016年5期

关键词：驻波

从岩邓锦熙

摘要：绳驻波演示仪是将电动机转动轴的圆周运动转化为曲轴在竖直平面内上下的周期性运动，从而带动弹性细绳产生入射波，入射波经固定点反射形成反射波，当反射波与入射波叠加在一起，产生驻波的演示仪器。

关键词：驻波；绳驻波；演示仪

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）5-0059-2

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，電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，最终产生明显的驻波效果。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1 实验原理

该教具针对人教版初中物理九年级第14章第4节中流体与流速之间的关系，设计了简易龙卷风实验装置。该装置通过将离心风机和调速器相连，组成一个简易吸尘器，进而形成小型龙卷风。吸尘器的吸力是由离心风机产生的，而调速器在吸尘器中起着稳速、调速的作用，进而控制小型龙卷风的转速，产生可控制的吸力，验证流体压强与流速之间的关系。

2 实验装置设计图（图1）

离心风机参数：

脉宽调整器参数：

实验装置实物图如图2所示。

3 实验装置的操作步骤

3.1 前导实验

将调速器旋钮调至最大，再接通电源。将乒乓球放置于漏斗处，发现乒乓球在漏斗处不停撞击，却没有掉下。慢慢调小调速器，乒乓球坠落。

3.2 主实验

步骤1：调速器旋钮调至最大，再接通电源，可观察到瓶中小纸屑绕中轴旋转，呈龙卷风现象。将弹簧测力计上的乒乓球放置于进风口处，使乒乓球处于平衡状态，弹簧测力计读数记为N1。

4 在教学中的使用方法

（1）此教具结合风吹漏斗中乒乓球不掉落的实验，吸引学生注意，引导学生思考。

（2）还可以鼓励学生自己动手，制作教具，并分析产生该现象的原因。