对单摆振动图像演示实验的改进

王凤侠

(西北大学附中，陕西 西安 710069)

人教版高中物理“单摆”安排在“简谐运动”学习之后，作为简谐运动的新模型，学生的认知水平尚不足,在教学过程中，需要通过演示实验得到单摆在摆角不大的情况下，其摆动图像为正(余)弦曲线，从而说明单摆的摆动为简谐运动.但现行的演示实验存在一些不足之处，不利于发挥实验教学的优势，培育学生的物理素养.鉴此，本文从有益于培养学生核心素养入手，对几种常见的演示实验方案不足之处进行分析，设计制作了单摆振动图像演示装置.

1 常见的演示实验方案不足之处分析

方案1： 利用沙摆演示振动图像.

如图1所示，此方案存在的问题： (1) 单线摆在振动过程中会出现不在一个平面的可能,(2) 随着沙子的下漏，等效摆长在发生变化.

图1

方案2： 利用毛笔尖在纸板上画出痕迹.

如图2所示，在摆球下端安装一支毛笔，利用毛笔尖在纸板上画出痕迹，此方案存在的问题： (1)毛笔尖与纸板的摩擦力严重影响实验效果，(2)对学生构建单摆模型不利，(3)图线的粗细不一.

方案3：教材方案.

如图3所示，除去活塞的注射器通过细管口向下滴墨水，用手匀速拖动一张白纸,以显示单摆振动的图像.此方案最大的成功之处是利用双线摆代替单线摆，确保摆球始终在同一竖直平面内摆动，其次，沿用了方案2的改进思路，成功地解决了沙摆与纸板间摩擦力的问题.然而，此方案还存在以下几个问题：(1)针筒过大，质量较轻，不能视为单摆；……