2013年高考必知知识点——共振实验

2017-10-12 14:54:21

1、为什么母球A用重球,并且悬挂在绳MN的中间位置?
  
  所谓的母球用重球,指的是母球的质量大于其它的球。不是说母球越重越好(这将在下一个问题涉及),母球重一点。是为了增大它的振动能量。这样在其它摆起振后,母摆A才能“输出”较多的能量,使共振现象显著。把母摆A系于绳MN的中间位置,是为了增大绳MN在竖直方向的横振动,有利于向共振摆施加策动力,传输母摆的振动能量。
  
  2、为何绳MN过紧、过松共振现象都不明显?
  
  做此实验时,绳MN过紧、过松共振现象都不显著,其原因是:母摆A振动后,首先是使绳MN振动。通过绳MN的横振动才能对其它摆施加策动力,使其它摆做受迫振动。在绳MN过紧时,它近于一根“刚性杆”,母摆振动使其产生的上、下横振动很小,不利于传递母摆提供的策动力,所以共振现象不明显;在绳MN过松时,常常出现绳MN的振动和母摆的振动不同步,母摆A的振动能量在绳内消耗很多,因而导致共振现象也不显著。所以做此实验,绳MN的张紧程度要适当(一般要注意避免过紧)。
  
  3、为什么实验中有“间歇”现象?
  
  在具体做共振实验时,我们常会发现,在母摆A振动后,共振摆球的振动先是逐渐加强,母摆A的振动逐渐减弱,当共振摆球的振动最强时,母摆的振动趋于静止。稍后母摆A的振动又逐渐加强,共振摆的振动又逐渐减弱,直到停止……,如此周而复始,我们称这种现象为“间歇”现象。出现这种现象的原因,就是母摆和共振摆之间没有严格地满足共振关系,即共振摆和母摆的有效摆长不完全相等、振动频率不同,而导致母摆和共振摆之间出现了周期性变化的相位差。在相位差0-π这段时间内,策动力对共振摆做正功,对母摆A做负功,从而使母摆的振动能量逐渐转移给共振摆,共振摆的振动加强,母摆的振动减弱;在相位差π-2π时间内的情况,正好与上述情况相反。这就是出现“间歇”现象的物理实质,理论计算表明,削弱或避免“间歇”现象的办法,一个是使母摆和共振摆的摆长尽量接近相等;另一个办法就是增加母摆和共振摆的摆长。前一个办法受测量精度的限制,较难做到母摆和共振摆的摆长完全相等。第二个办法虽不能消除“间歇”现象,但可以增大间歇时间,从而使共振实验的可观察时间延长,以达到教学中的演示目的(一般可把摆长增至1米左右,“间歇”时间在4分钟左右)。另外,母摆与共振摆的摆球质量差越大,“间歇”现象也越弱。这主要是因母摆提供的策动力较大,母摆储藏的能量也较多。
  
  4、共振摆的振幅不能超过母摆吗?
  
  有些人认为共振摆的振幅不会超过母摆的原始振幅。我们说这种看法不够全面。如果母摆的摆球质量小于或等于其它摆的摆球质量,上述看法是正确的。如果母摆摆球质量大于其它摆球质量,那么共振摆球的振幅是有可能超过母摆的。