观察墨汁摆画出的振动图样

实验目的

观察墨迹形状，认识振动图像的由来，以及它与位移、周期、振幅的关系。

实验原理

摆在平衡位置附近往复运动，位移随时间变化。纸板匀速运动时，纸板移动的距离与时间成正比，所以墨迹的横向坐标可以代表时间，纵向坐标代表摆的位移。摆角较小时，摆的运动可近似看作简谐运动，墨迹是正弦（或余弦）曲线。

实验器材

• 能滴墨汁的摆（带漏孔的容器）
• 墨汁
• 悬挂摆的支架
• 木板或硬纸板
• 白纸
• 匀速拉动纸板的装置

实验步骤

1. 将盛有墨汁的摆悬挂好，让它在平衡位置附近小幅摆动
2. 在摆的下方放好铺有白纸的纸板，摆动方向与拉动方向垂直
3. 沿垂直于摆动的方向匀速拉动纸板，墨汁滴在纸上
4. 观察纸上墨迹的形状，找出波峰、波谷和平衡位置的对应线
5. 改变拉动速度或摆动幅度，比较墨迹有什么变化

实验现象与结论

匀速拉动纸板时，纸上留下一条形如正弦曲线的墨迹。曲线最高点和最低点的距离反映振幅，相邻两个波峰间的纸板移动距离对应一个周期。拉得越快，曲线越疏；拉得越慢，曲线越密。说明简谐运动的位移随时间按正弦规律变化。

注意事项

• 墨汁容易污染衣物和桌面，下面垫好废纸
• 摆动幅度要小，防止墨汁甩出
• 拉动纸板要均匀，不要忽快忽慢

常见问题

纸板拉得快慢会改变摆的周期吗？

不会。摆的周期由摆本身决定，拉动速度只改变曲线在横向上被拉长或压缩的程度。

为什么必须匀速拉动纸板？

匀速时纸板移动的距离与时间成正比，横坐标才能代表时间，墨迹才是真实的振动图像。