细铁丝拨砖式共振演示器的制作与应用

霍金胜

中学物理实验室现有的共振演示器如图1所示，在金属架子上繃一条水平方向细绳，在细绳上悬挂数个摆长不同质量较小的小球做成的单摆，如图1中的A、B、C。再悬挂一个质量较大的金属球，做驱动摆，如图1中的X。

施加外力使驱动摆X摆动，带动水平细绳摆动，水平细绳摆动又带动A、B、C3个小球做受迫振动。一段时间后，学生观察到B球摆动的幅度最大，而A球和C球摆动的幅度很小。由于X球的摆长与B球的相同，当X球摆动时产生的驱动力的频率与B球振动的固有频率相同。从而通过实验证实，当驱动力的频率等于物体的固有频率时做受迫振动的物体振幅最大。

此演示实验能清楚地说明，做受迫振动的物体受到的驱动力的频率与物体固有频率相同时振子振动的振幅最大。学生观察此实验后，对共振产生的原理并不能完全理解，对共振能产生极大的危害也不容易认识。为了弥补此实验的不足，笔者制作了细铁丝拨砖式共振演示器，如图2所示。

1制作方法

（1）用金属条制作1个高约1m，宽约60cm的金属框架。

（2）用长约60cm的8号铁丝制作1个振动摆，用1块砖头做摆球悬挂在金属框的上边柜，使其能自由摆动。

（3）用长90cm的8号铁丝制作1个驱动摆，用1块比砖块重得多的金属块做摆球，铁块用元宝螺丝固定，使铁块可以方便地上下移动进而改变摆长。

（4）取一小段22号细铁丝，使其一端能方便地夹在驱动摆上，另一端折成“Y”形，能方便地夹住振动摆。

2实验过程

（1）把细铁丝拿在手上，用其拨振动摆，观察砖块的摆动。由于细铁丝很细，对振动摆的作用力很小，而砖块的质量约为2kg，所以砖块摆动的振幅很小。

（2）把细铁丝一端夹在驱动摆上，另一端夹住振动摆的金属丝，用手推动驱动摆让其摆动，观察振动摆的摆动情况。

（3）松动元宝螺丝，移动铁块的高度从而改变驱动摆的摆长，重复以上实验。

（4）当驱动摆的摆长与振动摆的摆长相同时，振动摆的振幅最大，可以达到15cm左右，即产生了共振。

3教学效果

学生通过此实验，清楚直观地理解了驱动力如何对振动摆产生作用。当驱动力频率等于振动摆的固有频率时，振动摆的振幅为什么最大；当驱动力的频率与振动摆的频率相差较大时，振动摆的振幅为什么较小。