单摆实验图像 [单摆振动图像演示器的再改进]
时间：2019-01-30 03:38:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
单摆振动图象演示器主要用于高中物理教学中演示单摆简谐振动的图象，进行简谐振动相关知识的教学。原实验装置是用一个盛砂的漏斗作为单摆的摆锤，使它在一个固定的竖直平面内振动。在漏斗下方的长方形薄木板上有与木板等大的白纸，沿与摆平而垂直的方向匀速地拉动木板，从振动漏斗中漏出的流砂在木板上形成振动的图象。这种装置存在的问题是：1、手拉木板时难以做到匀速运动：2、对砂粒的大小干燥等要求高；3、由于砂子在板上形成的图象不能竖起来让学生看，所以观察效果不理想等。为了解决上述问题，生产厂研制了J2222型单摆振动图象演示器。
1J2222型单摆振动图象演示器的结构和原理
实验设备的结构如图1所示，主要由底座、画板、画笔、画板电动推进系统、摆锤、电磁铁释放器，控制开关、摆长调节器、立杆、摆锤线等组成。
1、底座2、画板3、画板电动推进系统4、摆锤
5、电磁铁释放器6、控制开关7、摆长调节器
8、立杆9、摆锤线10、画笔
电路结构如图2所示。L为电磁铁释放器，M为6V直流电动机，K1为总电源开关，K2为单刀双掷开关。
工作原理：将仪器放在水平桌面上，将摆锤下方的毛笔加上适量的墨水，放好画板，让毛笔适当接触，把仪器的接线柱与6V直流电源连通，打开电源开关K1，使K2与电磁释放器连通，让电磁铁吸住摆锤，将开关K2快速地从“电磁铁”位置拨向“电动机”位置。在摆锤被释放开始振动的同时，电动机开始工作，带动画板推进系统使画板沿与摆平面垂直的方向匀速运动，摆锤下方的画笔就在画板上描绘出简谐振动的图象。
2对J2222型单摆振动图像演示器的评价
（1）优点：在摆长调节、画板匀速运动、摆振动与画板运动同步等方面的改进是比较完美的。
(2)缺点：由于画笔和画板之间始终存在着的摩擦力，导致摆锤所画出的图象失真变形严重，不连续，往往使本仪器难于使用。
3对J2222型单摆振动图象演示器再改进
为了完全消除画笔和画板之间在相对运动过程中产生的摩擦力，得出真实清晰的单摆振动图象。笔者经过认真分析研究，反复实验和改进，终于获得到了圆满的结果。改进后的仪器结构如图3所示。
1、底座2、画板3、画板电动推进系统4、摆锤
5、电磁铁释放器6、控制开关7、摆长调节器
8、立杆9、医用输液管10、注射器11、注射针头
具体改进方法如下：
拆除原有的摆线、画笔和立杆顶端的调节螺栓。沿锥形摆锤的轴线打4mm的孔，用一根医用输液管按图3所示由下而上的穿过摆锤上打的孔，再穿过原立杆顶端的调节螺栓的孔，连接一支20ml的一次性注射器，在输液管的下端安装一支最细的注射针头，用细铁丝把输液管与摆长调节器固定，并且便于调节摆长。仪器的改进就完成了。简而言之。就是用医用输液管替代单摆的摆线，用从注射针头喷出的墨汁流代替画笔作画，从根本上消除画笔与画板之间的摩擦。
4仪器的操作使用
（1）将仪器放在水平桌面上，按图3所示的位置放好画板，在立杆顶端的上下方拉动输液管，使注射针头的针尖距画板5-10mm，摆锤在平衡时针尖指向坐标原点位置；(2）调节摆长调节器至所需摆长，取下注射器，吸入15ml左右经过稀释的红墨水后再安装到原位，推动注射器活塞将注射器和输液管中的空气全部推出；（3）将仪器上的电源接线柱与低压直流电源接通(正负极对应)，电压调在2-3V左右；（4）使K2与电磁释放器连通。打开电源开关K1，让电磁释放器吸住摆锤，推动注射器，在墨水喷出的同时迅速将开关K2从“电磁铁”位置拨向“电动机”位置，这样电动推进系统推动画板前进，从摆动的摆锤下方注射针头中喷射出的墨水就在画板上形成了理想的单摆振动图象。取下画板竖起来让学生观看图象。用湿毛巾将图象擦去，重新调节摆长可画出不同频率的单摆振动图象。
(栏目编辑王柏庐)
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