共振演示仪的制作与研究

【摘要】共振是中学物理学科中的一个重要的知识点，由于共振这一概念比较抽象化，在教学中存在学生难以理解的现象，在课堂上借助共振演示仪，可以帮助学生更好的理解该部分的知识。因此笔者制作共振演示仪形象的解释共振现象。

【关键词】共振;共振演示仪

19世纪初，一对拿破仑士兵在指挥官的口令下，迈着整齐的步伐通过里昂的一座大桥。但在快走到桥中间是，桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌，造成许多士兵和市民落水丧生，而造成这次惨剧的罪魁祸首就是共振。共振在我们生活中无处不在，比如我们靠近两个频率相同的音叉，若其中一个震动，则另外一个也会相应的震动。但是物体为什么会共振呢，我要介绍一个简单演示共振现象的模型，该模型就可以用于观察共振现象，帮助学生理解共振。

一、共振演示仪的结构图和实物图

该模型主要由2部分组成：

1.振动片;2.底座。

图1 共振演示仪――实物

图2 共振演示仪――结构图

二、共振演示仪的原理分析

（一）共振原理

任何物体产生振动后，由于其本身的构成、大小、形状等物理特征，原先以多种频率开始的振动，渐渐会固定在某一频率上振动，这个频率叫做该物体的固有频率。当人们从外界给这个物体加上一个振动（称为驱动）时，这时物体的振动频率等于驱动力的频率，而与物理的固有频率无关，这时称之为强迫振动。但是如果驱动力的频率与该物体的固有频率正好相同，物体振动的振幅达到最大，这种现象叫共振。图3是物体的振幅与驱动频率的关系图。

（二）模型原理分析

共振演示仪正是利用共振原理，本模型采用锯条作为共振条。锯条振动的时候会发出声音，不同长度的钢锯条发声的频率并不相同。一个品牌的锯条，假设其它条件都相同，那么发声的频率就只与长度有关，因此只有长度相同的2根锯条发声的频率相同。这样一根锯条发出声音，另外一根长度相同的因为具有同样的频率，会在这个声音的作用下也开始振动，产生共振现象。具体的原理结构图如图2。本仪器的驱动力就是某条锯条振动时带动的空气振动，并且只有2个振动频率相同的物体才会发声共振，因此其它的锯条即使距离声源更近，也不会跟着振动。

图3 物体的振幅与驱动频率的关系图

三、共振演示仪的制作和使用方法

（一）制作方法

1.准备材料：一块木板、四根锯条、若干的螺丝钉、色彩;

2.取同等规格的锯条，若干螺丝钉;

3.把锯条锯成长度不同的三对，把锯齿打磨;

4.取一木条，将木条打磨平滑，在木条上钻出6个等距的孔;

5.用螺丝钉把3对长短不同的锯条安装在木条上，注意长度相同的锯条不能在相邻的位置上;

6.在底座和锯条上上色，长度相同锯条颜色相同，实验现象更加明显。

（二）使用方法

把共振演示仪放置在水平桌面上，用手轻轻扳动锯条，松手让它开始振动，并发出“嗡嗡”声。这时可以看到，间隔一定距离的另外一根长度相同（颜色也相同）的锯条跟着振动起来，而其它长度的锯条则没有反应，即使它距离发声的锯条最近。

四、“共振演示仪”的性能及应用前景

（一）性能

该模型的设计加强了学生对共振概念的理解，具有操作简单，生产成本低，适于学生操作。

1.操作简单：本模型设计比较简单，学生易于理解操作，适合学生教学使用。

2.生产成本低：本模型材料是日常生活中常见的材料并且易于加工，在实际的生产中，材料成本比较低。

3.适于学生操作：本模型制作操作简单，可以让学生自己制作，在制作的过程中，鼓励学生发挥自己的发散性思维，对模型加以改进。比如：对底座能否进行改进，应该如何改进。在提高学生的动手能力的基础上，又可以激发了学生的创造性。

（二）应用前景

对于共振比较抽象的知识，学生难以准确认识和掌握，所以在中学物理课堂上，共振演示仪的存在是十分有必要的，它可以帮助教师将抽象的共振概念形象化。我们组的共振演示仪制作简单方便，实验现象明显，特别适合农村等不发达地区和没有专业的共振演示仪的学校使用。

作者简介：黄倩纯（1993―），女，浙江金华人，现就读于湖州师范学院理学院科学教育专业。

指导老师：呼格吉乐（1980―），男，蒙古族，内蒙古通辽人，工程硕士，湖州师范学院省级物理实验教学示范中心高级实验师，从事物理实验教学与物理教学仪器开发。