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单摆波

关于这个模拟实验

单摆波展示了十五根摆，它们的长度经过设定，使每根摆在 60 秒周期内恰好比相邻的摆多摆动一次。整组摆会经历波浪、蛇形和看似混乱的变化，然后又整齐地排回一列。学生可以调整摆角，拖动镜头环绕视角，并跟踪图样相位读数。这是一种直观的教学方式，说明周期取决于摆长，而与摆锤的质量无关，也是学习周期运动和相位的好开场。

学生可以探索什么

  • 观察完整的 60 秒周期，并记下十五个摆锤何时再次排成一列。
  • 将摆动幅度滑块从 5 度调到 40 度，比较图样的变化。
  • 拖动旋转视角，沿着这一排观察，把摆看作一道移动的波。
  • 跟随“图样相位”读数，预测下一次排齐会在何时发生。
  • 比较最短和最长的摆，数一数它们在每个周期内各摆动了多少次。

学习目标

  1. 1说明单摆的周期取决于摆长。
  2. 2描述频率的微小差异如何产生相位图样。
  3. 3预测一组振子何时重新对齐。
  4. 4定性地运用关系式 T = 2π√(L/g)。

教师常问的问题

单摆波模拟免费吗？

是的。它免费，无需注册，可在任何现代浏览器中运行，包括教室电子白板、平板电脑和 Chromebook。

摆为什么会形成波浪？

每根摆都比上一根稍短，因此摆动得略快一些。微小的频率差异使摆锤时而同相、时而错相，在它们再次完全对齐之前，看起来就像一列行波。

如何在课堂上使用？

先让它运行一个周期，请学生预测下一次排齐的时间，然后改变摆动幅度并环绕镜头视角。用“图样相位”读数核对预测结果。

摆锤的质量有影响吗？

没有影响。对于简单单摆，周期只取决于摆长和重力，这也是为什么略微改变摆动幅度不会改变摆锤重新对齐的时间。

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