實驗改進三則

在《機械振動和機械波》一章的教學中，筆者對幾則演示實驗做了改進，效果很明顯．

一、演示簡諧運動的圖象

課本中用沙擺實驗得到簡諧運動的圖象，這個實驗存在著不便于觀察，學生對為什么要將接沙的木板勻速拉動缺乏親身體驗等缺點．筆者在做這一演示實驗前增加了一個小實驗，用細線懸掛一裝水的塑料袋，讓一學生手提細線上端，人站立不動，用針在塑料袋下部刺一小孔，將塑料袋拉離平衡位置，讓其在垂直于人的正前方的平面內運動，灑下的水在地上留下的痕跡為一直線．這時提問：“怎樣才能將各不同時刻灑下的水的位置錯開呢？”學生很自然地會想到人必須向前行走．接著再問：“人應怎樣向前行走呢？行走速度的大小對留下的痕跡有什么影響呢？”經啟發分析和實驗驗證后得出：人必須向正前方勻速行走；行走速度的大小，影響著灑下的水留下的一個完整曲線的形狀，以及一個完整曲線在行走方向上的距離．本實驗器材簡單，操作方便，可見度大，學生參與意識強．經過如此鋪墊后，學生對沙擺實驗就會有深刻的理解了．

二、演示干涉的特點

振動方向相同、頻率相同、相差恒定的兩列相干波源發出的波相遇，使某些區域的振動加強，某些區域的振動減弱，加強和減弱的區域間隔開來．且在相遇區域內各質點的振動強弱空間分布是穩定的，加強的區域始終加強，減弱的區域始終減弱．干涉現象的這些特點，教材中是根據水波干涉實驗和波的干涉示意圖總結出來的．由于投影式水波干涉實驗的器材及對環境的要求許多中學尚不具備，即使一些學校能做這個實驗，大部分學生對眼花繚亂的水波只能是“外行看熱鬧”，很難注意到干涉的特點，導致學生對干涉特點的理解缺乏感性認識．為解決這一難點，筆者在課堂上用橡皮錘、音叉、尼龍弦線、帶有支架的定滑輪、砝碼和砝碼盤等器材做了弦上駐波實驗．通過適當調節砝碼盤內砝碼的數量或弦線的長度，可觀察到弦線上出現明顯的波腹和波節相間的駐波現象．波腹處的振動始終是加強的，波節處的振動始終是減弱且不振動的．這一實驗器材簡單、操作簡便、能直觀地顯示出干涉的特點，為學生理解干涉特點提供了感性材料，而且還可引導學生用波的疊加原理來探究形成的原因，幫助學生理解干涉時振動加強和減弱的深層含義．

三、演示音叉的振動及發聲

在《聲波》這節內容中有這樣一段敘述：“用橡皮錘敲一下音叉，就可以聽到音叉發出的聲音．讓懸在線上的小球靠近音叉，小球就會被音叉彈開，這表明發聲的音叉在振動著．如果捏緊音叉的叉股，使它停止振動，我們就聽不到聲音了．”用橡皮錘敲一下音叉，其直接振動及發出的聲音均很微弱，教室前排的學生也很難看清或聽到，因而音叉的振動及發聲必須通過音叉與其它物體發生作用才能顯示出來．在演示音叉的振動時，可將敲擊后的音叉叉股直接輕觸桌面，便能聽到叉股與桌面撞擊時發出的喀、喀聲．將敲擊后的音叉叉股直接與硬紙片接觸，整個教室內都可聽到硬紙片在振動的叉股作用下發出的響聲，這些現象都能表明音叉的振動；在演示音叉發聲時，可將音叉的底部與課桌等物體緊密接觸，這時用橡皮錘敲一下音叉，整個教室內可聽到音叉發聲引起的共鳴聲．如果用手捏緊音叉的叉股，就聽不到聲音了．另外，由于課桌等物體的共鳴頻帶較寬，在用音叉組演示音調時也可采用此方法．這一實驗不需增加其它器材，但效果卻十分明顯.

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