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声音是由物体的振动产生的,力的作用效果之一是使物体发生形变,弹性形变中产生的力叫做弹力。在这三个知识点的具体教与学中存在着这样的问题:许多物体的振动是非常微小的,我们肉眼几乎看不见,这对于理解声音的产生条件就造成了障碍;而有的物体的形变(包括弹性形变)也是非常微小的,微小到我们的肉眼也可能看不到,这同样对于力的作用效果以及弹力的理解造成了障碍。
对于振动显示问题,书本上所列举的事例都是显著的振动或者借助小纸屑等轻小物体就可以显示的振动,然而对于坚硬的木块、金属等等的微小振动而言,这样的方法是无法产生明显效果的;对于形变(包括弹性形变)问题,书本上用拉伸压缩弹簧、挤压气球等等形变显著的事例来讲解,但是没有提供显示坚硬的木块、金属等微小形变的方法。如果我们对书本实验加以改进,就可以将微小振动、微小形变明显地显示出来。
一、微小振动显示仪
如图1所示,在两根线的中间拴上一个小的平面镜,线的一端拴在椅子的靠背上(或者请一同学拉着),线的另一端拴在一个较大的纸盒上,将线绷紧,等镜子稳定下来后,用一束光线照射到镜子上(可以是手电筒光,也可以是透过窗子照进房间的太阳光),此时镜子反射到墙上的光斑是静止的。只要实验的人对着纸盒喊一声,此时观察墙上的光斑,你就会发现,墙上刚才还静止不动的光斑现在明显地抖动起来。
原来,人对着大纸盒的喊声引起的振动,通过固体纸盒、线传播开去,也引起线的振动,这样的振动又导致线上的小平面镜按照同样的频率振动,最后导致入射角不断地改变,于是反射光线在墙上形成的光斑也抖动起来,这就证明了声音是由于振动产生的,并且还证明了固体能够传播声音。
二、微小形变显示仪
如图2所示,将一个打点滴用的透明玻璃瓶装满清水,在橡胶塞上用热铁丝钻一个细细的洞,在一根细硬塑料吸管里吸入半管红水,用手指堵住吸管的上口慢慢插入橡胶塞,当吸管的下口浸没在瓶中的清水中时就可以了,要注意预先在橡胶塞上烫出的洞大小合适,做到确保吸管与橡胶塞之间不漏水。将瓶子放在桌子上,我们可以看到吸管里有高出瓶塞的一段细细的红水,如果我们用力挤压瓶子的两侧,我们就能看到吸管中的红水柱慢慢上升,松手后,吸管里的红水柱又回到原来的位置,而整个过程中并没有红水注入或者流出吸管。这是因为挤压瓶子时,瓶子发生形变向中间凹进去,但是这个形变很小,我们肉眼是看不出来的,不过被挤走的水是藏不住的,它们沿着吸管上升,我们看到的就是吸管中的红水柱上升;松手后,瓶子的形状恢复原状,被挤走的水也回到原来的空间,所以吸管中的红水柱也就回到了原来的位置。
三、微小振动微小形变综合显示仪
我们在一个木条两端分别钉上小木块,做成一个木头架子,在木条中间稍偏向一边的位置上用双面胶沾上一块小平面镜(如图3),让太阳光透过窗户照射到小平面镜上,反射光照射到墙壁上,然后,用一根小木棒敲击木架中间,可以看到墙上的反射光斑不断地振动,这是因为被敲击的木条的振动引起了平面镜的振动导致的;用力按压木条中间,可以看到墙上的反射光斑移动了位置,这是因为木条的形变导致的。这样,我们就看到了放大后的微小振动和微小形变了。
这个小制作应用了转化法和放大法,将木条的微小振动转化为光斑的振动,并且加以放大;将木条的微小形变转化为光斑的位置移动,并且加以放大。在放大过程中涉及数学中的平面几何知识。该制作的创新点有两个,一是利用身边随手可得的生活用品,轻松地研究课本中没有解决或者没有完全解决的问题,为我们的深入学习提供了帮助;二是将书本不同实验进行有效的整合。该小制作实际上是书本中小纸屑显示鼓面振动实验和平面镜对光线的作用实验的改进与整合。
在以后的物理学习中,同学们还要开动脑筋,利用身边的物品,甚至是生活中干净卫生的废弃物,自己制作器材,进行相关的实验探究。或许,一项伟大的发明就在你不经意间诞生了呢!
对于振动显示问题,书本上所列举的事例都是显著的振动或者借助小纸屑等轻小物体就可以显示的振动,然而对于坚硬的木块、金属等等的微小振动而言,这样的方法是无法产生明显效果的;对于形变(包括弹性形变)问题,书本上用拉伸压缩弹簧、挤压气球等等形变显著的事例来讲解,但是没有提供显示坚硬的木块、金属等微小形变的方法。如果我们对书本实验加以改进,就可以将微小振动、微小形变明显地显示出来。
一、微小振动显示仪
如图1所示,在两根线的中间拴上一个小的平面镜,线的一端拴在椅子的靠背上(或者请一同学拉着),线的另一端拴在一个较大的纸盒上,将线绷紧,等镜子稳定下来后,用一束光线照射到镜子上(可以是手电筒光,也可以是透过窗子照进房间的太阳光),此时镜子反射到墙上的光斑是静止的。只要实验的人对着纸盒喊一声,此时观察墙上的光斑,你就会发现,墙上刚才还静止不动的光斑现在明显地抖动起来。
原来,人对着大纸盒的喊声引起的振动,通过固体纸盒、线传播开去,也引起线的振动,这样的振动又导致线上的小平面镜按照同样的频率振动,最后导致入射角不断地改变,于是反射光线在墙上形成的光斑也抖动起来,这就证明了声音是由于振动产生的,并且还证明了固体能够传播声音。
二、微小形变显示仪
如图2所示,将一个打点滴用的透明玻璃瓶装满清水,在橡胶塞上用热铁丝钻一个细细的洞,在一根细硬塑料吸管里吸入半管红水,用手指堵住吸管的上口慢慢插入橡胶塞,当吸管的下口浸没在瓶中的清水中时就可以了,要注意预先在橡胶塞上烫出的洞大小合适,做到确保吸管与橡胶塞之间不漏水。将瓶子放在桌子上,我们可以看到吸管里有高出瓶塞的一段细细的红水,如果我们用力挤压瓶子的两侧,我们就能看到吸管中的红水柱慢慢上升,松手后,吸管里的红水柱又回到原来的位置,而整个过程中并没有红水注入或者流出吸管。这是因为挤压瓶子时,瓶子发生形变向中间凹进去,但是这个形变很小,我们肉眼是看不出来的,不过被挤走的水是藏不住的,它们沿着吸管上升,我们看到的就是吸管中的红水柱上升;松手后,瓶子的形状恢复原状,被挤走的水也回到原来的空间,所以吸管中的红水柱也就回到了原来的位置。
三、微小振动微小形变综合显示仪
我们在一个木条两端分别钉上小木块,做成一个木头架子,在木条中间稍偏向一边的位置上用双面胶沾上一块小平面镜(如图3),让太阳光透过窗户照射到小平面镜上,反射光照射到墙壁上,然后,用一根小木棒敲击木架中间,可以看到墙上的反射光斑不断地振动,这是因为被敲击的木条的振动引起了平面镜的振动导致的;用力按压木条中间,可以看到墙上的反射光斑移动了位置,这是因为木条的形变导致的。这样,我们就看到了放大后的微小振动和微小形变了。
这个小制作应用了转化法和放大法,将木条的微小振动转化为光斑的振动,并且加以放大;将木条的微小形变转化为光斑的位置移动,并且加以放大。在放大过程中涉及数学中的平面几何知识。该制作的创新点有两个,一是利用身边随手可得的生活用品,轻松地研究课本中没有解决或者没有完全解决的问题,为我们的深入学习提供了帮助;二是将书本不同实验进行有效的整合。该小制作实际上是书本中小纸屑显示鼓面振动实验和平面镜对光线的作用实验的改进与整合。
在以后的物理学习中,同学们还要开动脑筋,利用身边的物品,甚至是生活中干净卫生的废弃物,自己制作器材,进行相关的实验探究。或许,一项伟大的发明就在你不经意间诞生了呢!