自制受迫振动演示仪

董芳芳　王劲存

摘要：外力作用下的振动是高中物理课程的重点内容，主要包括受迫振动、固有频率、驱动力、共振等概念自制的受迫振动及共振现象演示仪，原理简单，制作方便，能演示受迫振动和共振现象，演示效果明显，取得了较好的课堂教学效果，有效地激发学生的学习兴趣.

关键词：受迫振动；共振；演示仪

基金项目：江苏省教育科学十三五规划课题“指向高中生物理核心素养提升的‘让学引思教学模式的构建与实践”，课题编号：C-c/2016/02/54.

作者简介：董芳芳（1987-），女，硕士，中学一级教师，研究方向：高中物理学科教学.

物理是一门以实验为基础的学科，注重培养学生的科学素养和创新能力，在课堂教学中教师经常会利用一些操作简单、现象明显、直观且生动有趣的演示实验来辅助教学，不仅能够激发学生的学习兴趣，而且能够活跃课堂氛围《外力作用下的振动》是现行人教版普通高中物理课程标准实验教科书《物理》选修3-4第十一章机械振动第5节的内容教材首先介绍了物体振动的固有频率的概念，再从能量的角度分析了阻尼振动，进而通过实验探究受迫振动的频率与驱动力频率的关系，最后利用实验探究受迫振动的振幅与驱动力频率的关系，进而认识共振现象

本节课的主要任务是通过实验掌握物体在做受迫振动时其频率跟驱动力频率的关系，以及驱动力的频率与物体固有频率接近时振动的特点为了使受迫振动以及共振现象这一演示实验现象更突出，笔者自制了受迫振动及共振现象演示仪，仪器制作简便，演示现象明显，取得了较好的演示效果.

1演示器结构及材料

自制的受迫振动及共振现象演示仪，由三组材质相同但长度不同的具有一定弹性且顶端分别连接一塑料小球的细杆与一金属片焊接而成，如图1所示，每组细杆长度相同，但三组细杆之间长度不同，长杆固有频率低，短杆固有频率高，长度相同的杆固有频率相同所需材料如下：相同规格弹性细钢丝6根（长度可根据需要选择）、相同塑料小球6个、金属片1个、金属底座1个.

2制作过程

如图2所示，在底座上表面钻6个小孔，每根钢丝上端分别套上1个塑料小球，下端从小孔中间穿过，并与底座内部的一金属片焊接在一起，并在各杆下方底座上依次標识A、B、C字样注意金属片不能与底座固定，金属片要能够自由振动.

3工作原理

受迫振动及共振现象演示仪中6根钢丝均和底座内部的金属片相连，因此当其中一根钢丝在外力作用下振动时，钢丝会带动金属片振动，振动的金属片给其余五根杆提供一个周期性驱动力，迫使它们做受迫振动，当驱动力的频率与其中某组细杆固有频率相近或相同时，将发生共振现象.

4使用方法

41测定各细杆振动的固有频率

分别插入各杆并拨动其上端的塑料小球，测定各杆振动的固有频率，并分别记为fA、fB以及fC.

42演示受迫振动

将6根细杆均插入底座孔中，用手任意驱动其中一根细杆使其振动，可以观察到所有杆都将振动起来，且与手的振动频率相同，说明受迫振动的频率等于驱动力的频率，而与细杆的固有频率无关，符合受迫振动的规律改变手的振动频率，其余各细杆受迫振动的频率均随之发生改变且均与手保持相同.

43演示共振现象

用手驱动其中任意一根杆缓慢振动，并逐渐增大振动的频率，可以观察到从长到短的细杆，先后依次发生抖动最厉害的现象，即当驱动力频率与物体振动固有频率相同时，出现共振现象，而此时与之固有频率不同的细杆未发生共振现象.随着驱动力的频率逐渐加大，细杆由长到短依次产生共振这一现象也说明了相同材质、相同规格的细杆的固有频率与杆的长度有关，长度越长，固有频率越小.

5小结

传统教具，如图3所示，驱动力的频率是固定的，而且存在耦合摆现象，在此基础上，笔者对教具进行了适当改进，不仅可以用手持续驱动细杆振动，而且可以改变手的振动频率，使得驱动力频率可以发生连续变化，可以有效地演示受迫振动规律以及共振现象，在课堂教学中取得了较好的效果.中学生有强烈的好奇心和求知欲，对亲身参与亲身感受的活动非常感兴趣，这些新奇的事物能极大地调动学生的学习积极性，提高了课堂效率，同时自制教具的过程也能够加深对知识的理解这一过程中，教师力求带领学生充分挖掘生活中的物理，从生活走向物理，从物理走向生活，并在这一过程中掌握物理核心概念，提高推理、分析和实验探究的能力，提高物理学科的核心素养.

参考文献：

[1]柴学群.受迫振动定量演示装置[J].中学物理，2009（12）：26-27.