用“摆”做力学实验五例，本文主要内容关键词为：力学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“摆”是日常生活中常见的熟悉的物理模型，孩子们喜欢荡秋千，喜欢在自己的卧室里挂置风铃……本人在实际的教学中利用学生熟悉的“摆”模型做了几个力学实验，产生了意想不到的效果，学生们兴趣浓厚，实验现象明显。现与大家做如下交流。
一、多普勒效应的演示
『器材』铁架台、细线、摩托车用喇叭、电池、导线。
『步骤』将实验器材如图1安装好，让喇叭与12V的学生电源连接，通电，注意用耳朵听。然后将喇叭拉离竖直位置由静止释放，再次注意用耳朵听。
『现象』刚通电时，听到频率稳定的啸叫；喇叭摆动后，听到频率变化的啸叫。
『原理』当声源与观察者的距离发生变化时，观察者接收到的频率发生变化，即发生了多普勒效应。
图1
二、机械能守恒的演示
『器材』长木板、钉子2枚、单摆小球（含连接细线）、白纸、木支架、铅笔。
『步骤』如图2，先将白纸粘贴在方木板上，在木板上边中点O和O点正下方A处分别钉一个钉子，把连接细线的小球悬挂在O处的钉子上。用铅笔在白纸上画小球的初始位置B，让小球从B点由静止释放，观察小球的运动，并记录小球摆到最左边的位置C。
『现象』观测发现B、C两点位于同一水平线上，即同一高度，具有相同的重力势能。
『原理』小球在只有重力做功的情况下，机械能守恒。
图2
三、振动图像的描绘
『器材』自制沙漏摆1支、长木板、支架、干燥细沙。
『步骤』如图3，先将沙漏中装满细沙，让它在支架平面内做单摆运动，用手匀速拉动沙漏摆下方的长方形木板，沙漏摆在摆动中漏下的沙子被长木板接住。观察在长木板上形成的完整图形。
图3
『现象』描绘出来的完整图形为一正弦或余弦曲线。
『原理』简谐运动的振动图线为一正弦或余弦曲线。
四、弹性碰撞的演示
『器材』大小和质量完全一样的单摆小球4个（含连接细线），支架。
『步骤』将实验器材如图4a放置好，调整悬线使之完全等长。将左边的第一个小球拉离平衡位置（如图4b），由静止释放，观察小球的运动。
『现象』小球1撞击小球2，瞬间发现小球4向右运动（如图4c）；小球4运动到最右边后返回，再次撞击小球3，发现小球1向左运动；小球1又返回撞击小球2；依次循环。
『原理』小球1与小球2发生弹性碰撞，由于动量和机械能都守恒，因此交换速度，小球2与小球3又发生弹性碰撞，再次交换速度，依次碰撞下去。
图4
五、同心力变化的演示
『器材』自制水瓶摆（如图5a）、支架、清水。
『步骤』如图5b，事先制作好水瓶摆（顶端开有一小孔，瓶口用橡皮膜扎住，里面装大半瓶清水），用细线悬挂在支架上。然后将水瓶拉离竖直位置一定距离，由静止释放，如图5b观察水瓶在摆动过程中，橡皮膜的形变情况。
图5
『现象』靠近平衡位置过程中，橡皮膜水球膨胀得越来越大；远离平衡位置过程中，橡皮膜水球逐渐缩小。
『原理』小球靠近平衡位置过程中，速度越来越大，向心力越来越大，橡皮膜的形变也越来越大；远离平衡位置过程中，速度越来越小，向心力越来越小，橡皮膜的形变也越来越小。