自制簡單易學的利薩如圖形演示儀

焦艷芳 孟繼飛 張月霞

摘 要：自制利薩如圖形演示儀取材于日常生活，制作方法簡單，操作方便，演示效果明顯，更重要的是讓學生能夠直觀觀察到利薩如圖形的形成，因而能夠輕松理解其形成的原理，克服了傳統(tǒng)實驗裝置貴重，不易攜帶，操作步驟繁瑣且過于抽象的弊端。

關鍵詞：自制；簡易；利薩如圖形；演示儀

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）8-0062-2

利薩如圖形是物理學的重要內容之一，在電工、無線電技術中，常利用示波器來觀察利薩如圖形，并用以測定頻率或相位差。通常教學中，利薩如實驗也是在示波器上完成的，當示波器的X方向與Y方向分別加上一定頻率的電信號，則在熒光屏上顯示出利薩如圖形。

教學中另一種演示利薩如圖形的方法是激光法。如圖1所示，在兩個相互垂直的機械振子頂端安裝上鏡片，讓激光一次通過兩鏡片反射到屏幕上，驅動鏡片X、Y發(fā)生振動，當調節(jié)兩個鏡片振動頻率互為不同的整數(shù)比，光點在屏幕上會顯現(xiàn)出各種各樣穩(wěn)定的激光利薩如圖形，如圖2所示。

筆者根據(jù)對利薩如圖形的理解，設計出了一套取材于日常生活，制作方法簡單，操作方便，演示效果明顯且做到每次演示效果穩(wěn)定的實驗儀器。更重要的是它能讓學生直觀地觀察到利薩如圖形的形成，因而能夠輕松理解其形成的原理。

制作材料：

鋼圈1個，圓形磁鐵2片，片狀鋼條2根，平面鏡2片，鐵夾3個，激光筆1支。

演示儀結構：

如圖3、圖4、圖5所示。

制作方法：

（1）找一個鋼圈，筆者使用的是一個廢舊自行車的車圈。

（2）在鋼圈上成等腰三角形的三個點上焊上立柱（立柱的長度夠固定鐵夾即可），然后將鐵夾安裝在立柱上。

（3）用鐵夾夾住X鋼條扁平方向，用手撥動它，讓其能夠在水平方向左右振動。

（4）用鐵夾夾住Y鋼條使其扁平方向沖上，用手撥動它，讓其能夠在豎直方向振動。

（5）用磁鐵分別將X、Y平面鏡固定在鋼條前端。

（6）將激光筆夾在鐵夾上，讓其發(fā)光，調節(jié)X、Y鏡片直到能夠在墻壁上看到經(jīng)兩次鏡面反射產(chǎn)生的光點。

演示方法：

演示時，激光筆打開。調節(jié)兩根鋼條探出鐵夾的長度相等，用手撥一下兩根探出的鋼條，使兩個鏡片都開始振動，觀察墻壁上顯示的圖形，就是利薩如圖形。由于兩根鋼條的相位差不斷變化，學生可以在墻壁上觀察到頻率比1：1情況下的、不斷變化著的所有利薩如圖形。記下這個長度，以備下次演示時使用。然后，固定一根鋼條探出鐵夾的長度不變，改變另一根鋼條探出鐵夾的長度，直到看到頻率比為1：2情況下的利薩如圖形，記下這個長度。同樣的道理，可以演示頻率比為1：3、1：4等情況下的利薩如圖形。各種情況下的利薩如圖形如圖6所示。

實驗效果：

筆者制作的利薩如圖形演示儀，由于使用了自行車的鋼圈和焊接的立柱作為固定架，因此不需要每次都調節(jié)兩個鏡片的位置，而只需調節(jié)其中一根鋼條探出的長度，因此操作非常簡單，可重復性也非常好。用這個演示儀操作時，可以讓學生通過自己的操作看到各種頻率比和相位差下的利薩如圖形，可以加深學生對利薩如圖形的原理的理解。

演示儀的優(yōu)點：

（1）儀器取材容易、制作簡單、操作便捷、節(jié)約經(jīng)費、特別適合于教學所用。

（2）儀器攜帶方便、課堂演示時可視性好，效果比較震撼。

（3）儀器可以演示各種情況下的利薩如圖形，每一步操作都很直觀，可以幫助學生深刻理解利薩如圖形形成的原理。

（4）學生也可以自己制作演示儀，鍛煉其動手能力，以致于將這種自制教具的思想應用到以后的學習中去，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]祝孝正，郝偉，劉敏薔，呂春.一種激光李薩如圖形演示裝置的研制[J] 實驗技術與管理，2009（3）：91—93.

[2]田清華，張亞寒.李薩如圖形的形成及演示[J].石家莊職業(yè)技術學院學報，2008，20（6）：48—50.