高中物理力学实验大全(三)机械振动8.1 简谐运动振动图像1、机械振动实验仪器：钢板尺、铁架台、单摆、竖直弹簧振子、皮筋球教师操作：演示振动(1)一端固定的钢板尺(2)单摆(3)弹簧振子(4)穿在橡皮绳上的塑料球提出问题：这些物体的运动各不相同——运动轨迹是直线的、曲线的；运动方向水平的、竖直的；物体各部分运动情况相同的、不同的……它们的运动有什么共同特征？实验归纳：物体振动时有一中心位置，物体(或物体的一部分)在中心位置两侧做往复运动，振动是机械振动的简称。

2、简谐运动实验仪器：气垫弹簧振子(J2201)、微型气源(J2126)教师操作：演示气垫弹簧振子的振动。

实验结论：①滑块的运动是平动，可以看作质点。

②弹簧的质量远远小于滑块的质量，可以忽略不计。

明确：一个轻质弹簧连接一个质点，弹簧的另一端固定，就构成了一个弹簧振子。

③没有气垫时，阻力太大，振子不振动；有了气垫时，阻力很小，振子振动。

说明我们研究在没有阻力的理想条件下弹簧振子的运动。

教师操作：不给气垫供气，分析滑块在各处各量的值及变化。

振子的振动 A O O A′A′ O O A对O点位移的方向和大小变化向右减小向左增大向左减小向右增大回复力的方向和大小变化向左减小向右增大向右减小向左增大加速度的方向和大小变化向左减小向右增大向右减小向左增大速度的方向和大小变化向左增大向左减小向右增大向右减小3、振幅实验仪器：气垫弹簧振子(J2201)、微型气源(J2126)；音叉教师操作：轻敲和重敲音叉，比较声音。

教师操作：把振子拉离到不同位置释放。

4、周期和频率与振幅的关系实验仪器：两个劲度系数相差较大的弹簧振子、停表；音叉教师操作：让两个弹簧振子开始振动，用停表或者脉搏计时，比较一下这两个振子的周期和频率。

实验结论：周期越小的弹簧振子，频率就越大；周期和频率都是表示振动快慢的物理量。

两者的关系为：T=1f或 f=1T教师操作：继续观察两个振子的运动,测出振子在不同情况下的周期.填下表:振子1 振子2振幅 (cm) 1 2 5 1 2 5周期 (s) 1.2 1.2 1.3 0.8 0.8 0.7 (表中数据仅供参考)实验结论：同一个振子完成一次全振动所用时间是不变的,但振动的幅度可以调节。

不同的振子,虽振幅可相同,但周期是不同的；简谐运动的周期或频率与振幅无关。

教师操作(引导学生注意听)：敲一下音叉,声音逐渐减弱,即振幅逐渐减小,但音调不发生变化,即频率不变。

实验结论：振子的周期(或频率)由振动系统本身的性质决定,称为振子的固有周期或固有频率。

5、简谐运动周期的测定实验仪器：数字计时器(J0201-CC)、气垫导轨(J2125)、小型气源(J2126)、水平尺、滑快、挡光片、弹簧2根教师操作：(1)在导轨两端盖上安装弹簧挂钩，并在滑行器的两端也安装弹簧挂钩，在滑行器中间位置安装挡光条，将两个弹簧如图挂在滑行器和两端盖之间。

通气后滑行器将在弹簧的作用下做简谐运动。

注意弹簧的长度和安装高度要合适，不要使它们收缩下垂时接触气轨表面。

(2)选择“T”计时方式，把一个光电门安装在气轨中部并和计时器连接好。

打开气源，把滑行器向某端盖拉到最大位移处放手、滑行器开始做简谐运动。

待运动平稳后，按一下“复位”键。

计时器就自动计下多个周期及累加和。

计算可得到一个周期(平均值)的时间。

6、沙摆实验仪器：单摆振动图像演示器(J2222)、电池AA(3节)教师操作：塑料薄膜不动，让沙摆振动。

实验现象：(1)、沙在塑料薄膜上来回划出一条直线，说明振动物体仅仅只在平衡位置两侧来回运动，但由于各个不同时刻的位移在塑料薄膜上留下的痕迹相互重叠而呈现为一条直线。

(2)、沙子堆砌在一条直线上，堆砌的沙子堆，沙子不是均匀分布的，中央部分(即平衡位置处)堆的少，在摆的两个静止点下方，沙子堆的多，因为摆在平衡位置运动的最快。

实验结论：质点做的是直线运动，但它每时刻的位移都有所不同。

教师操作：起动开关，让塑料薄膜匀速运动，同时让沙摆振动。

实验现象：原先成一条直线的痕迹展开成一条曲线。

7、简谐运动图像研究实验仪器：简谐振动投影演示器(2220)、软笔、铅笔、刻度尺、墨水教师操作：将软笔汲满墨水，固定在笔杆上；使圆盘逆时针旋转，矢量端点随着圆盘作圆周运动，从而推动振动架作左右振动，固定在其上的投影点也作左右振动，同时卷纸筒不断地将纸往上卷，固定在振动架上的笔杆和软笔在纸上便画出振动图像来。

数据处理：在纸上画出坐标，研究图像。

8.2 单摆1、等时性(单摆振动周期与振幅无关)实验仪器：铁球2个、细线2条、标志旗(红纸制作)教师操作：摆长摆球完全相同的两个单摆，从不同位置(振幅不同)释放。

实验现象：两个摆球每次都同时经过标志旗(最低点)。

2、周期与摆球质量的关系实验仪器：铁球2个(质量不同)、细线2条、标志旗(红纸制作)教师操作：摆长相同，摆球不同的两个单摆，从同一位置释放(振幅相同)。

实验现象：两个摆球每次都同时经过标志旗(最低点)。

3、周期与摆长的关系实验仪器：铁球2个、细线2条、标志旗(红纸制作)教师操作：摆长不同，摆球相同的两个单摆，从同一位置释放(振幅相同)。

实验现象：两个摆球不能同时通过标志旗(最低点)，摆长短的振动快。

4、单摆的周期实验仪器：数字计时器(J0201-CC)、铁架台、米尺、挡光片(钥匙)、铁球、细线教师操作：数字计时器选择T；光电门尽量对准挡光片底端；量出摆长；使单摆振动，摆动10次停止计时，求出周期；改变摆长的长度，重复上述实验。

l T1 2 3数据处理：研究摆长与周期的关系。

实验结论：T ∝l5、用单摆测定重力加速度(学生实验)实验仪器：带孔小钢球、细线(约1m 长)、铁架台、停表、米尺、游标卡尺 实验目的：(1)学会用单摆测定当地的重力加速度。

(2)能正确熟练的使用停表。

实验原理：单摆做简谐运动时，其周期为T=2πl g ，有g=4π2lT2,因此测出单摆的摆长和振动周期T ，就可以求出当地的重力加速度的值。

学生操作：(1)做单摆，取约1m 长线绳穿过带孔的小钢球，并打结，然后拴在桌边的支架上。

(2)用米尺量出悬线长l ，准确到毫米，用游标卡尺测出小球直径，算出r ，也准确到毫米，则摆长为l+r 。

(3)把单摆从平衡位置拉开一个角度(小于10°)放开它，用停表测单摆完成30次全振动所用时间，求出完成一次全振动所需的时间。

反复测量三次，再算出测得周期值的平均值。

摆长(l+r)(m)周期(T)(s)重力加速度(g)(m/s 2)标准重力加速度(g 0)( m/s 2)注意事项：(1)摆线应选择细而不易伸长的线，长度一般不应短于1m ；小球应选用密度较大的金属球，直径应较小。

(2)计时应选在平衡位置。

(3)用累计法测周期，应在启动停表同时数零，以后数1、2、3……n 次，则T= tn。

(4)可用l-T 2图像处理数据，斜率k=l T 2=g 4π2,即g=4π2k 。

8.3 振动中的能量转化 受迫振动和共振 1、简谐运动的能量实验仪器：气垫弹簧振子(J2201)、微型气源(J2126)；单摆教师操作：把弹簧振子的振子向右移动至A 点，然后释放，则振子在弹性力作用下，在平衡位置附近持续地沿直线振动起来；再次演示上面的振动，只是让起始位置明显地靠近平衡位置；画出两次振动的图像Ⅰ和Ⅱ，应同频、同相、振幅不同。

单摆的摆球被拉伸到某一位置后所做的简谐运动。

实验结论：振子的运动A→O O→A′A′→O O→A能量的变化动能增大减少增大减少势能减少增大减少增大总能不变不变不变不变单摆的运动A→O O→A′A′→O O→A能量的变化动能增大减少增大减少势能减少增大减少增大总能不变不变不变不变简谐运动是理想化的振动，振动过程中系统的能量守恒；系统的能量与振幅有关，振幅越大，能量越大.2、共振实验仪器：摆的共振演示器教师操作：在一根绷紧的绳上挂几个单摆，其中A、D球的摆长相等。

当使A摆动起来后，A球的振动通过张紧的绳给其余各摆施加周期性的驱动力，经一段时间后，它们都会振动起来。

驱动力的频率等于A摆的频率。

实验现象：在A摆多次摆动后，各球都将以A球的频率振动起来，但振幅不同，固有频率与驱动力频率相等的D球的振幅最大，而频率与驱动力频率相差最大的C球的振幅最小。

实验结论：驱动力的频率跟物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象叫共振。

3、共鸣共振音叉(2个)教师操作：两频率相等的音叉共鸣。

机械波9.1 机械波波的图像1、机械波的产生条件实验仪器：长绳；发波水槽(J05205)教师操作：用手握住绳子的一端上下抖动，就会看到凸凹相间的波向绳的另一端传播出去，形成绳波。

教师操作：水波——将单振子固定在承接块上，打开电源开关，溴乌灯亮，遮光叶轮转动，振杆振动，屏幕上即显示水波图像。

2、波的种类实验仪器：波动演示器(J2203)波动演示器：装置全长约800mm，高250mm。

偏心轮组分别由19只偏心轮组成。

轮轴向上移时，偏心轮轴每转30°，前一偏心轮依次带动后一偏心轮，利用偏心轮和波动水平帘衔合，它能缓慢的演示横波、纵波的形成过程。

横波水平帘由37根横波杆组成，利用钢带扭转切变来传播横波，钢带扭转切变采取特殊装置，水平帘转动惯量大，钢带切变形量小，因此波速转慢缓，约每秒0.6米以下，能让学生清晰地观察真正的机械波，纵波水平帘由18根纵波杆组成，利用弹簧拉压体变来传播纵波，它能量消耗小，能使波来回反射，波速约每秒0.5米以下。

教师操作：演示横波形成过程、纵波形成过程。

3、波动图像性质实验仪器：波动图像演示仪(J2219)教师操作：将12V直流电源连接于右下角接线柱上，红端为正极，黑端为负极；打开电源开关，以传播时间为14T周期递增自动循环现实波的传播，同时显示质点离开平衡位置运动的趋向，共显示九帧波形图像；按下暂停键静态显示每一帧波形图像。

4、波长、频率和波速实验仪器：波动图像演示仪(J2219)9.2 波的性质波的特征及声波1、水波的反射实验仪器：发波水槽(J05205)发波水槽：(1)构造发波水槽主要由壳体、水槽、振动源及光源等组成。

①水槽是用底部装有密封、透明玻璃的不锈钢盘制成。

壳体用金属材料制成，上面放置水槽，正面竖直安装毛玻璃，作为水波投影屏幕，框架内部倾斜45°装有平面镜，用来反射水面的影像到屏幕上，底部装有变压电源，后面装有一立杆，立杆上端装光源盒，中部装振源盒，在立杆的中部装有长槽孔，用来调节振源盒的高度。

②振源是由电磁铁、电位器、振杆、振子、主板等组成。

③光源为盒式机械遮挡频闪光源，灯泡为12V 100W幻灯机溴乌灯。

盒的顶部开有散热窗。

④水槽发波附件为单振子、双振子、平面波振子及挡板2块。

(2)准备工作：①在水槽内注3～8mm深的清水。