自制橫波演示儀お

龐小梅 彭懿

波動是多個質點同時又不同步的運動，從整體上形成了波在空間的傳播.在《機械波的形成與傳播》一節內容中，“理解機械波的傳播過程和特點”既是重點也是難點，而關鍵點在于如何理解“波是振動的傳播及媒質本身不隨波遷移”.學生雖然已經具備了運動學和質點振動的基本知識，但是不習慣多過程動態抽象的問題，所以對機械波的傳播過程這種較復雜的運動，學生進行抽象的思維和空間的想象時仍有較大困難，非常需要感性的表象來啟發學生的思維.

在講解機械波的形成過程時，很多教師都是按照教材上以繩波為例進行講解，雖然學生看到了波，但是學生對于“質點只在平衡位置上下振動”沒有直觀認識，理解起來比較吃力；也有教師借助波動演示儀進行演示實驗，但是學生看不見儀器內部的構造，不容易理解機械波傳播的過程；還有一些教師借助動畫演示，[TP1GW129.TIF，Y#]但是學生可能會覺得這不是真實的實驗，而是人為的實驗效果.

結合以上情況，可以利用圖1中的自制橫波演示儀做好演示實驗.

1儀器原理

繩子未抖動時，沒有形成波，每個瓶蓋都處在平衡位置.當抖動繩子的一端時，抖動的這一端相當于波源，繩子形成的波形通過吸管放大，就可看到這些瓶蓋形成凹凸相間的波形.

2儀器結構及制作

2.1儀器結構如圖2所示

2.2儀器制作

（1）準備40根粗細較均勻且長度相同的輕質圓木棒，距木棒中間等距離的兩端分別打上孔，再用細線將木棒按每5 cm等間距地穿起來并固定.

（2）準備80根相同長度的吸管，吸管的直徑與木棒的基本相同，將吸管分別套在木棒的兩端且套入深度的相同.

（3）分別在吸管的另一端套入長度相同的短木棒，且套入[LL]

[TP1GW130.TIF，BP#][HJ1.1mm]

的深度相同.

（4）利用螺絲將木棒和瓶蓋固定，為了方便觀察，每隔5個紅色瓶蓋就有一個白色瓶蓋.

3使用方法

將儀器固定在水平支架上（如無支架也可讓兩個人分別拿著儀器的一端，并使儀器在水平方向展開），在儀器一端手持第一根圓木棒迅速上下抖動一下，就能形成一列橫波.如圖1中所呈現的情景.

4儀器的優點

（1）教師無須強調，學生就能根據一目了然的實驗現象，輕松突破兩個難點：

①靠近波源的瓶蓋先運動，并且沿著波的傳播方向，瓶蓋由近及遠依次開始振動，說明機械波的所有質點不是同時開始運動的.

②所有的瓶蓋都只是在其平衡位置上下振動，說明媒質本身不隨波遷移.

（2）使用該儀器時現象明顯，可視度大，直觀性強.

（3）制作該儀器的成本低廉、取材容易、制作簡單.

5啟發與思考

英國物理學家麥克斯韋說過“演示實驗的教育價值常常與儀器的復雜性成反比，學生用自制儀器，比用精密儀器易于學到更多的東西”.該自制橫波演示儀雖然沒有廠家制造的儀器外觀精致美觀，但是它可以幫助教師把抽象的橫波具體化、形象化，也讓學生清楚看到橫波的形成和傳播.真正做到：教師教物理“以物論理”，學生學物理“見物思理”.