用光盘自制横波演示器
2019-09-05谷良光周兵
谷良光 周兵
摘 要:本横波演示器是用废弃的光盘制作而成,将光盘打孔或烧烫弧形槽口,代替传统的、复杂结构的偏心轮,作为核心驱动装置。利用附有薄金属片的竹签作为传动连杆,在手动转轴带动下,光盘依次转动,小球便滞后性地上下振动,呈现横波现象。
关键词:光盘;偏心轮;螺旋结构;相位差
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2019)7-0052-2
1 背 景
高中物理教学中,常常借助横波演示器帮助学生理解横波的形成。目前中学使用的有两种:第一种是比较古老的演示器,效果不错,但结构复杂、十分笨重,从实验室搬运到教室演示十分不便;第二种是近几年流行的演示器,效果不错,但价格昂贵。这两种示波器构造复杂,都用了偏心轮,一旦损坏很难调配零部件,仪器易于报废。
笔者自制了一台横波演示器,做到选材方便(多为废旧物品),轻巧灵活,结构简单,维修方便,效果良好,便于推广。
2 制作方法和步骤
2.1 研究方法
(1)采用科学的方法,针对当前使用的横波演示器有诸多弊端,趋利避害优化设计。通过网络资源,如知网、万方、维普和图书馆的资源库,查阅横波演示器的相关信息。对效果较好的横波演示器的工作原理进行归纳,提出可行性方案。
(2)制作原理:将主轴通过打孔的圆形光盘,使其运动轨迹为偏心轮轨迹。在驱动力作用下,第一个光盘依次带动后续的光盘,由于相位滞后,光盘整体形成了螺旋形状,螺旋结构整体转动带动横杆,横杆端的小球便上下振动,宏观观察形成机械波——横波(质点振动方向与波的传播方向垂直)。
2.2 制作步骤
(1)按照设计方案,选废弃光盘为核心部件(轻质,易打孔),圓形光盘圆心附近用冲击钻头打大孔,并用砂纸打磨光滑,冲击钻头或电烙铁打小孔,穿3.5 cm的螺丝且固定,用电烙铁切割型加热头在光盘上烧烫弧形的槽窗,圆心角约为15°。在光盘上打小孔,螺丝钉穿过小孔并固定,作为光盘传动连杆。(图1)
(2)将光盘大孔穿主轴,主轴固定在装置两侧的木板间,光盘间用隔离管套穿主轴。如图2(a)。
(3)将光盘上的螺丝钉依次穿过下一个光盘的弧形槽窗,并把第一个光盘作为主动轮,与把手轴固定。
(4)取羊肉串上的竹签若干,将易拉罐剖开剪片,用AB胶粘附在竹签上,作为振子(小球)传动连杆。如图2(b)。
(5)安装其他部件,调试。如图2(c)(d)。
3 小 结
用圆形的光盘代替特制的偏心轮;使复杂的结构简单化,整个装置十分轻巧;就地取材(多是废旧物品作为材料),便于维修;小球之间有弹性细线相连(其他横波演示器没有),可以说明质点间作用力;核心部件是开放的,学生能看到演示器的工作原理。
该仪器使用方便,演示效果良好(样品演示已经发布到网络,可以百度“自制教具:用光盘“烧制”横波演示器”查看视频 ,或登录 https://v.youku.com/v_show/id_XOTE0OTY2NDA0.html)。
(栏目编辑 王柏庐)