简易横波传播现象演示仪的设计与制作

王妍妍等

摘 要：本文介绍了一款简易横波传播现象演示仪的设计与制作方法，该仪器能够演示横波传递现象。

关键词：横波；传播形式；实验展示

1 引言

谈到高中物理课程中的一些内容，横波的传播都是以课本内容为主并没有很详细的说明和演示，而学生在之前并没有接触过相关的知识，对横波的认识非常贫乏，而且普通的视频播放不够直观，操作性差。

通过这个演示仪，学生可以比较形象直观地了解横波，对之后学习声波等知识也有辅助作用。

2 功能简介

“简易横波传播现象演示仪”通过改变电路电阻大小，从而改变电路电流，使得扬声器接收频率改变进行工作，扬声器与振子连接，从而达到能够观察到不同频率声音声波不同的效果，让学生能够直观理解横波和声波的传播。

3 “简易横波传播现象演示仪”的主要结构

4 “简易横波传播现象演示仪”的物理原理

横波在传播过程中，凡是波傳到的地方，每个质点都在自己的平衡位置附近振动。由于波以有限的速度向前传播，所以后开始振动的之地啊比先开始振动的质点在步调上要落后一段时间，即存在相位差。横波的传播，在外表上形成一种“波浪起伏”，即形成波峰和波谷，在传播的知识振动状态，媒介的质点并不随波前进。实质上，横波的传播是由于媒质内部发生剪切变形（即是媒质各层之间发生平行于这些层的相对移动）并产生使体元恢复原状的剪切弹性力而实现的。否则一个体元的振动，不会牵动附近体元也动起来，离开平衡位置的体元，也不会在弹性力的作用下回到平衡位置。在本教具中，振子振动过程中，由于振子与两根鱼线的相互作用力，使得两根鱼线产生方向相反的振动，从而带动其它竹棒的振动，进而可直观地观察到所有竹棒振动形成的波形，即横波的波形。同时，声波是横波，因此，我们通过音叉的振动带动竹棒的振动，从而展现出声波的传播。

5 “简易横波传播现象演示仪”的制作方法

⑴将塑料棒截成粗细均匀，截面直径、长度都相等的圆柱棒作为振子。⑵在每个振子中点两侧，距中点等远处钻两个小孔。用两根鱼线把振子串联起来。把每两个振子间的两个鱼线中点用铜线扣紧。每两个振子间的距离必须相等。鱼线两端通过木柱上的小孔后结在一起，并塞入楔子使鱼线尽可能张紧。⑶隔板的长度和宽度根据需要确定。隔板的一个长边要制成弧形，一块向下凸出，另一块向下凹陷。这样使两块隔板中间的狭缝略呈现圆弧状。由于振子重量较大，鱼线不可能拉成水平，这样做可以避免隔板和振子之间的摩擦，从而影响演示效果。⑷因为振子的两端不一定一样重，将铜丝绕在弦子轻的一端，利用铜丝的重量来平衡弦子两端的重量，是弦子平衡。⑸隔板可插入木座两端木柱中间的竖直缝内，可上下调节，使板中间的缝有适当的宽度。⑹安电路图连接电路。

6 “简易横波传播现象演示仪”的使用说明

⑴安装好后，接通电源，设备处于待机状态；⑵通过调节电阻大小，改变电路电流频率，使得扬声器发出不同的声音，同时扬声器膜的振动带动振子振动，达到演示效果。

7 相关拓展

在如今的中学教学中很少出现横波的实验演示，所以我们制作的横波演示仪为机械振动在媒质中传播的一种新颖演示仪器，其主要作用之一是我们观察弦子的运动轨迹，能够演示横波的形成和传播，另一方面通过电路产生声波并带动弦子的运动，我们还能演示出声波的形成和传播，用这种方法就可以形象地展现出对声波这种抽象的概念。较之以往一些模拟的波动演示器，我们的教具在制作方面比较方便并且取材也很容易，而且我们的教具更加具有直观性，真实的特点，此外它还可以粗略的演示波长、频率、波速之间的关系。本实验演示仪适用于中学中关于横波和声波的相关课程的教学。

[参考文献]

[1]童诗白，华成英，编.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社，2006年.

[2]阎石，主编.《数字电子技术基础》.高等教育出版社，2005年.