机械波常用演示的改进

王敬诚

机械波是高中物理教学中的一个难点。它需要学生想象多个质点同时又不同步的运动和在空间的传播，对学生的理解力和空间想象力有较高的要求。因此，在讲授“机械波的形成和传播”这一节时。每位物理教师都会精心设计一些形象的演示实验以加强学生对波的深入理解。本文中对常用的演示实验进行了改进，从而使实验效果更明显，学生更容易理解。

1“绳波”演示实验的改进

为了使学生获得对机械波的感性认识，在教学过程中，教师常会设计“绳波”演示实验。具体过程如下：

[演示]：用一根长绳，绳子的一端固定(或者一个同学手持此端)，一个同学手持另外一端在空中抖动形成波。

在该演示中，由于绳波经固定端反射回来与原波叠加形成驻波，故演示效果一般不太好。笔者通过与多位有经验的教师共同探讨，对上述实验进行了改进，并在自己所教班级做了演示，演示效果较好。

[改进演示]：两名同学各执长粗绳的一端将绳拉直，平放在地板上。然后一名同学握住绳的一端迅速向上抬起并回落，另外的那名同学按住绳不动，这时可以看到在绳上有一个凸起向前传播。

与常用[演示]相比，[改进演示]有三点不同；

①选择粗细和柔软程度适度的长绳。若绳子过硬，则不易形成凸起，且传播不了多远；若绳子过软，则形成的凸起易由于重力的原因而迅速变小，影响实验效果。

②演示时使绳上仅有一个凸起，这样现象比较明显。若同时存在多个凸起，可能会相互影响，反而削弱了实验的效果，不利于观察。

③选择在地板上演示。若将绳拉在空中，首先拉绳的力度不好控制，如果用的力小，绳子就比较松，则重力的影响比较明显；如果用力过大，拉的太紧，则不易抖出波形。其次，没有观察的参照物，效果也不理想。

2“人浪”演示实验的改进

“人浪”实验也是教师在讲授机械波时常会设计的教学活动。该演示实验是根据人教版(必修加选修)物理第二册47页的图10—7改进而成的，具体过程如下：

[演示]：请七八名学生上讲台做体操，每个学生都做同样一种动作：一垫脚引体向上、二还原、三直体蹲下、四还原。要求从排头开始，依次每一个学生都完成上述动作。

该演示实验可以形象的反映机械波在传播过程中的几个特性：①机械波在传播过程中介质中的质点并不随波迁移，只在各自的平衡位置附近周期性振动。②沿机械波的传播方向，各质点都在重复波源的振动。③沿机械波的传播方向，后面质点始终落后于前面质点的振动。然而，机械渡的这些特性本质上是由于质点间的“带动”特性而产生的。但是，从该演示中，学生却很难发现这样的规律：后一个质点是在前一个质点的带动下开始振动的，“带动”作用才是波形成的真正原因。鉴于此，本文对该演示进行了如下的改进：

[改进演示]：找七八名学生，让学生两臂伸直，相邻的两名学生手臂搭在一起，用手抓紧对方的肩膀，把两个人的手臂固定好。

演示时，左面第一名同学下蹲并站起，后面同学则要顺着胳膊上传来的力的方向随之下蹲或站起，这样，在前面同学的“带动”作用下，后面的同学才开始一个接一个得都重复这一运动过程，只是时间上要比前面的同学滞后一些。这种运动形式不断“传播”到后面的学生，好像波的传播一样，在整体上“形成了凸凹相间的波形”。

[改进演示]与[演示]相比，非常贴切的展示了波形成的根本原因，即质点“前带后，后跟前”的振动。使学生不仅通过大脑记忆了解了波的成因，更通过形象的视觉记忆感受了波的成因，因而加深了学生的理解和记忆。笔者采用[改进演示]在所教班级进行了演练，学生普遍反映理解了在振源“带动”下产生的机械波的相关特性，收到了很好的教学效果。