用光盘自制横波演示器

2019-09-20谷良光周兵

中学物理·高中 2019年8期

关键词：光盘

谷良光周兵

摘要：演示器用废弃的光盘，将其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，卡在光盘边缘上，竹签一端固定自由转轴，另一端固定小球.在手动转轴带动下，光盘依次转动，由于相位差，光盘轮缘形成螺旋轨迹，使小球形成滞后性的上下振动，宏观上呈现横波现象.

关键词：光盘;偏心轮;螺旋结构;相位差

文章编号：1008-4134（2019）15-0052 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

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.目前中学使用的演示器材有两种：一种是传统的演示器，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，如图1所示;另一种是近几年流行的演示器，效果不错，但价格昂贵，每台在300元人民币以上，如图2所示.这两种演示器结构复杂，都用了偏心轮，一旦损坏很难调配零部件，以致仪器报废造成不必要损失.

2 设计方法和步骤

2.1 设计方法及原理

（1）科学方法有：缺点列举法、查新检索法、原理可行性论证、理论设计构图、模型制作检验等等.针对当前使用的横波演示器的一些弊端，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工作原理进行归纳，提出可行性方案，设计演示器的核心构造和外观.试制横波演示器模型，论证设计思想和使用效果，发现问题，提出解决方案进行优化.最后，制作成品—自制横波演示器.[1 ].

（2）科学原理：将打孔的圆形光盘穿主轴，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[2].

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），圆形光盘圆心附近用冲击钻头打大孔，并用砂纸打磨光滑，用冲击钻头或电烙铁打小孔并且用3.5cm的螺丝固定，用電烙铁切割成型，在光盘上烧烫弧形的槽窗，圆心角约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，如图3和图4所示.

（2）将光盘大孔穿过主轴，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5所示.

（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，如图6所示.

（4）取竹签若干，将易拉罐剖开剪片，用502胶粘