一種熒光式單擺簡諧振動圖像描繪儀及其實驗方法

摘要：本實驗采用綠色留光型熒光布材料研發出成本低廉、演示現象明顯、可重復使用的簡諧振動圖像描繪儀。該實驗在2012年浙江師范大學首屆自制教具比賽中獲得一等獎。

關鍵詞：熒光；單擺；簡諧振動

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1003-6148（2013）4（S）-0007-2

在中學物理教學中所用的單擺簡諧振動裝置有多種。主要有沙擺、水擺以及用電火花打點計時器改裝過的裝置。就沙擺與水擺而言，由于沙和水在流出的過程中，質心不斷改變，不能看作是嚴格的單擺，此外還存在著不便展示及不能循環使用的問題。電火花打點計時器改裝的單擺裝置擺球的質量不變。但是使用高壓，存在一定安全隱患。本實驗裝置創新運用材料，用于嚴格意義上的單擺振動圖像描繪，它不僅環保安全，可循環使用。而且使用簡單。能及時記錄單擺軌跡圖像并直觀形象的顯示。十分適合在課堂上演示。

1 實驗裝置

本實驗采用綠色留光型熒光布代替原來裝置中的紙帶，將改裝后的熒光燈作為擺球，熒光燈照在熒光布上會留下光影。從而可以用此裝置描繪出單擺簡諧運動的圖像。由于熒光布上的光影在一段時間后會隱去。此裝置可循環使用。并且安全環保。將裝置做成可拆卸的，更便于攜帶。將常閉按鈕、常開按鈕與繼電器用于電路的設計中使整個裝置的使用更方便與安全。

實驗裝置如圖1所示，（1）表面光滑的長木板（2）開按鈕（3）繼電器（4）電動機（5）轉輪（6）電池盒（7）常閉按鈕（8）綠色熒光型留光布（9）改裝后的熒光燈（10）木盒子（11）豎桿（12）軸（13）支架橫桿。

圖2為電路圖，U為電池組，SB1為常閉按鈕，SB2為常開按鈕，KA為繼電器線圈。KA1為繼電器常開輔助觸點。KA2為繼電器主觸點，M為低壓直流電動機。按下常開按鈕SB2后，電路接通，繼電器常開輔助觸點KA1與主觸點KA2吸合，電動機得電開始啟動。由于電路中形成自鎖電路，SB2斷開后繼電器常開輔助觸點KA1仍吸合，線圈還通著電，主觸點KA2依然吸合，電動機依舊運行。按下常閉按鈕SB1，電路斷開，繼電器常開輔助觸點KA1斷開線圈斷電，主觸點KA2也斷開，電動機停止轉動，即當熒光紙前沿碰到常閉按鈕后電機就停止運行，形成自動控制電路。

2 實驗方法

在電池盒中加6節干電池，熒光燈使用紐扣電池。將熒光紙放在木盒子中。首先將教室前面的燈關上，打開熒光燈。然后晃動擺球，按下常開按鈕。此時電動機工作并帶動轉輪。可看到軸轉動拉動繩子。隨著擺球的擺動與熒光紙的移動，單擺簡諧運動的圖像就在熒光紙上展現出來。當熒光紙碰到常閉按鈕后，裝置就會自動斷電。避免因為不及時斷電而損壞儀器。熒光燈的光可以在熒光紙上暫留一段時間。有足夠時間向學生展示單擺簡諧運動的圖像。

（欄目編輯 趙保鋼）