[实用新型]一种能够演示驻波的物理演示仪器

说明书

本实用新型公开了一种能够演示驻波的物理演示仪器，能较为简洁、直观地演示物理中的驻波现象，包括沙粒，载物板，琴弓，所述的沙粒置于载物板上方；使用时将琴弓置于载物板上方拉动，给载物板加载振动，形成驻波，波节处振动弱，波腹处振动强，推动沙粒移动，可观察到排列无序的沙粒经载物板振动后自行整齐排列，当琴弓在载物板不同的位置拉动时，可观察到沙粒呈现出不同的图形；本实用新型的优势在于：成本低，结构简单，操作难度小，实验现象明显，避免了传统驻波演示仪器体积大、操作难度大的缺点，实现了用沙粒的排列直观的演示了驻波的原理。

技术领域

本实用新型涉及物理波动教学演示教具领域，具体涉及到一种能够演示驻波的物理演示仪器。

背景技术

驻波是一种重要而普遍的运动形式，两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时互相叠加而成的波，称为驻波；当两个或多个波在同一地点相遇时，质点的位移是各个波动的位移之和，这是波的叠加；当两列波的相位差为π时，叠加的形式为驻波，其最大振幅处称为波腹，最小振幅处称为波节；如果两列波的振幅相等，则波节振幅为零。我们所使用的各种乐器，包括弦乐器、管乐器和打击乐器，都是使用各种方式产生驻波，从而发声。为得到最强的驻波，弦或管内空气柱的长度L必须等于半波长的整数倍。驻波是波的叠加中最简单、最基本的现象。掌握和了解驻波的运动特点是学习波动的一个极其重要的内容。

由于抽象与理解困难，波的振动与合成一直是大学物理理论课讲授中的一个难点。每当讲到波动学的“驻波”这一节时，老师感觉难讲，学生也感觉难学。对于驻波在质点振动，相位变化，波形及能量的传播等方面与行波的区别，是学生不易掌握。如果能结合教学演示仪，在讲授的同时进行实验演示，学生对驻波这一特殊的波动形式的理解则会更加透彻。

通常可通过计算机仿真模拟或演示实验来实现对驻波现象的可视化教学，而传统的演示驻波演示实验一般通过如下方式实现：

在盛水的容器中插人一根粗细均匀的玻璃管，管口上方放一个正在发声的音叉。慢慢向上提起玻璃管，当管内空气柱达到一定长度时，可以听到空气柱发出较强的声音；然而此实验有如下缺点：提升玻璃管时，要求发声音叉与玻璃管同步提升，实验操作时难以做到；为了能听到两次以上共鸣声，要求装水容器深达500mm以上，这样的容器不易找到；音叉的发声响度不大，持续时间短，实验现象不明显。

由此可见，提出一种简单直观、易于操作的驻波演示仪器是十分有必要的。

实用新型内容

(一)本实用新型的目的

有鉴于此，本实验新型提出了一种能够演示驻波的物理演示仪器，能较为简洁、直观地演示物理中的驻波现象。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实验新型提供如下技术方案：

一种能够演示驻波的物理演示仪器，包括沙粒，载物板，琴弓；沙粒置于方形薄片状载物板上方，载物板中部由支撑杆撑于空中，支撑杆通过圆形底座固定于垂直桌面位置，从而使得载物板支撑于空中并与桌面平行；

进一步，载物板为方形薄片状金属板，边长25-35cm，其材料为不锈钢、铜或其他金属薄板；

进一步，沙粒可以是干粉末、钙沙或其他固体小颗粒，其直径不超过1mm，置于载物板上方，呈无规则排列；

进一步，琴弓可以是小提琴琴弓或其他乐器的琴弓，一侧为向外凸出的弯曲拱形，两端内侧系着一束拉紧的马尾；

进一步，琴弓置于载物板棱边；使用时将琴弓琴弦置于载物板棱边拉动，使载物板产生振动，可观察到排列无序的沙粒经载物板振动后自行整齐排列。

(三)有益效果

本实用新型成本低，结构简单，操作难度小，实验现象明显，避免了传统驻波演示仪器体积大、操作难度大的缺点，实现了用沙粒的排列直观的演示了驻波的原理。