用光盤自制橫波演示器

谷良光 周兵

摘 要：演示器用廢棄的光盤，將其打孔或燒燙弧形槽口，代替傳統的、復雜結構的偏心輪，作為核心驅動裝置.利用附有薄金屬片的竹簽作為傳動連桿，卡在光盤邊緣上，竹簽一端固定自由轉軸，另一端固定小球.在手動轉軸帶動下，光盤依次轉動，由于相位差，光盤輪緣形成螺旋軌跡，使小球形成滯后性的上下振動，宏觀上呈現橫波現象.

關鍵詞：光盤;偏心輪;螺旋結構;相位差

文章編號：1008-4134（2019）15-0052? ? 中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

1 背景

高中物理教學中，常常借助橫波演示器幫助學生理解橫波的形成.目前中學使用的演示器材有兩種：一種是傳統的演示器，效果不錯，但結構復雜、十分笨重，從實驗室搬運到教室演示十分不便，如圖1所示;另一種是近幾年流行的演示器，效果不錯，但價格昂貴，每臺在300元人民幣以上，如圖2所示.這兩種演示器結構復雜，都用了偏心輪，一旦損壞很難調配零部件，以致儀器報廢造成不必要損失.

2 設計方法和步驟

2.1 設計方法及原理

（1）科學方法有：缺點列舉法、查新檢索法、原理可行性論證、理論設計構圖、模型制作檢驗等等.針對當前使用的橫波演示器的一些弊端，趨利避害優化設計.通過網絡資源，如知網、萬方、維普和圖書館的資源庫，查閱橫波演示器的相關信息.對效果較好的橫波演示器工作原理進行歸納，提出可行性方案，設計演示器的核心構造和外觀.試制橫波演示器模型，論證設計思想和使用效果，發現問題，提出解決方案進行優化.最后，制作成品—自制橫波演示器.[1 ].

（2）科學原理：將打孔的圓形光盤穿主軸，使其運動軌跡為偏心輪軌跡.在驅動力作用下，第一個光盤依次帶動后續的光盤，由于相位滯后，光盤整體形成了螺旋形狀，螺旋結構整體轉動帶動橫桿，橫桿端的小球便上下振動，宏觀觀察形成機械波——橫波[2].

2.2 制作步驟

（1）按照設計方案，選廢棄光盤為核心部件（輕質，易打孔），圓形光盤圓心附近用沖擊鉆頭打大孔，并用砂紙打磨光滑，用沖擊鉆頭或電烙鐵打小孔并且用3.5cm的螺絲固定，用電烙鐵切割成型，在光盤上燒燙弧形的槽窗，圓心角約15°.在光盤上打小孔，螺絲釘穿過小孔并固定，作為光盤傳動連桿，如圖3和圖4所示.

（2）將光盤大孔穿過主軸，主軸固定在裝置兩側的木板間，光盤間用隔離管套穿主軸，如圖5所示.

（3）將光盤上的螺絲釘依次穿過下一個光盤的弧形槽窗，并把第一個光盤作為主動輪，與把手軸固定，如圖6所示.

（4）取竹簽若干，將易拉罐剖開剪片，用502膠粘

附在竹簽上，作為振子（小球）的傳動連桿，如圖7所示.

（5）安裝其他部件并調試，如圖8所示.

3 結束語

該儀器使用方便，演示效果良好，樣品演示已經發布到網絡，可以百度“自制教具：用光盤‘燒制橫波演示器”查看視頻.

參考文獻：

[1]龐小梅，彭懿.自制橫波演示儀[J].中學物理，2016，34（01）：42.

[2]毛國祥.自制橫波與縱波演示儀[J].中學物理教學參考，2003（03）：48.