細鐵絲撥磚式共振演示器的制作與應用

霍金勝

中學物理實驗室現有的共振演示器如圖1所示，在金屬架子上繃一條水平方向細繩，在細繩上懸掛數個擺長不同質量較小的小球做成的單擺，如圖1中的A、B、C。再懸掛一個質量較大的金屬球，做驅動擺，如圖1中的X。

施加外力使驅動擺X擺動，帶動水平細繩擺動，水平細繩擺動又帶動A、B、C3個小球做受迫振動。一段時間后，學生觀察到B球擺動的幅度最大，而A球和C球擺動的幅度很小。由于X球的擺長與B球的相同，當X球擺動時產生的驅動力的頻率與B球振動的固有頻率相同。從而通過實驗證實，當驅動力的頻率等于物體的固有頻率時做受迫振動的物體振幅最大。

此演示實驗能清楚地說明，做受迫振動的物體受到的驅動力的頻率與物體固有頻率相同時振子振動的振幅最大。學生觀察此實驗后，對共振產生的原理并不能完全理解，對共振能產生極大的危害也不容易認識。為了彌補此實驗的不足，筆者制作了細鐵絲撥磚式共振演示器，如圖2所示。

1制作方法

（1）用金屬條制作1個高約1m，寬約60cm的金屬框架。

（2）用長約60cm的8號鐵絲制作1個振動擺，用1塊磚頭做擺球懸掛在金屬框的上邊柜，使其能自由擺動。

（3）用長90cm的8號鐵絲制作1個驅動擺，用1塊比磚塊重得多的金屬塊做擺球，鐵塊用元寶螺絲固定，使鐵塊可以方便地上下移動進而改變擺長。

（4）取一小段22號細鐵絲，使其一端能方便地夾在驅動擺上，另一端折成“Y”形，能方便地夾住振動擺。

2實驗過程

（1）把細鐵絲拿在手上，用其撥振動擺，觀察磚塊的擺動。……