2011年1月19日 星期三

繩波現形

繩波現形
一、前言
波動,這個抽象的物理現象對許多初學理化的國中生而言真的是一件苦差事!主要的原因是
波動的現象不易具體地觀察,一般老師上課大概也只能利用彈簧或繩子甩出橫波或縱波(註:若
利用繩子就只能作出橫波,無法甩出縱波),而且經常且無法避免地因為反射波和原本的入射波
合成駐波,這個我們不希望出現的現象著實困擾著許多國中的理化老師(註:駐波的現象及原理
在現階段國中自然科並未詳細陳述),經常有學生作完實驗後反而更加的困惑。
「老師!為什麼我們作出來的波動和老師上課講的還有課本畫的都不一樣?」
「孩子們,你們沒有錯,你們的實驗是對的!只是,老師現在還無法和你們解釋原因。」
「那可以作出像課本的圖形嗎?」
好孩子!你們的問題很好,只是有人知道該怎麼解決這個討人厭的駐波嗎?
另外,又該如何在同一介質中(波速相同)呈現頻率增加,波長變短的實驗呢?如果直接利用彈
簧甩動,效果又不如預期理想。
可真的是「一波未平,一波又起」,又有另一個煩人的問題。彈性體(一般都利用橡皮筋來呈
現)的鬆緊程度亦直接影響到產生的頻率,聽到的聲音也隨之高低有別,只是「聽」得到卻「看」
不到,或許有老師想到利用高靈敏度的收音麥克風配合示波器就可以呈現彈性體振動產生的
正弦波(橫波),只是這樣昂貴的儀器可不是一般國中付擔得起的,另外是否每個老師都可以順利
操作又是一個技術性的困擾!
問題這麼多,怎麼教啊!
這些似乎無解的問題的確困擾了筆者好幾年的時間,直到二年前,終於在科博館找到了答
案!
在科博館的科學中心地下樓(原本放在一樓的右側),有一把吉他,背後放了一個黑色的圓筒,
上面畫上了白線,當撥動琴弦,同時並轉動圓筒時,神奇的事情就發生了!琴弦左右振動的時侯因
背景白線依序出現,兩者均快速運動的結果在視覺上產生了暫留的現象,正弦波就這麼神奇地
出現了!多麼簡單卻又不可思議!發明這個裝置的傢伙真是個天才,以上的問題全部解決了。
好是好,但總不能搬回班上吧!沒關係,自已作一個。
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