由共振实验看能量传递现象，本文主要内容关键词为：能量论文,现象论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人教社出版的高级中学课本物理第一册第139 页有一个演示共振现象的实验。书中得出的结论在本文中不再阐述。笔者主要讲一下在做共振实验中注意到的另一个现象。
书中演示实验如图1。
当C摆振动的时候， 通过张紧的绳向其余各摆施加周期性的驱动力，其余各摆就做受迫振动，摆长与C摆相等的D、E两摆振幅最大。继续观察一段时间，会发现D、E摆的振幅超过C摆。再过一段时间，发现C摆的振幅又逐渐增大，D、E摆振幅减小，如此出现周期性的变化。
D、E摆的振幅超过C摆的现象在书本中没有提到， 当然也没有分析产生这种现象的原因，那么是什么原因使得做受迫振动的D、E摆振幅超过C摆？为了进一步研究这个现象，排除其余摆的干扰，笔者按图2所示重做实验。
取两个质量相等的金属小球C、D，栓上细线，使它们的摆长相等，系在张紧的绳上，当C摆振动的时候，通过张紧的绳向D摆施加周期性的驱动力，D摆就做受迫振动，观察一段时间会看到一个很有趣的现象，具体列表如下：
通过实验可见C、D摆的振幅交替变化。C摆振幅减小时，D摆振幅增大；C摆振幅增大时，D摆振幅减小；C摆振幅最大时，D摆振幅为零；C摆振幅为零时，D摆振幅最大。由此我们提出两个问题：1.为什么受迫振动的D摆振幅能超过C摆？2.为什么两摆的振幅会出现周期性的交替变化。
笔者认为这样一个共振现象与另一物理现象非常相似。如图3， 光滑的水平面上有两个质量相同的物体C、D，物体C以速度V[,0]向右运动，物体C与弹簧相撞后粘在一起。分析物体C与弹簧相撞后C、D两物体的运动情况，列表如下：
比较表1、表2，不难发现图2实验现象与图3如此相似。因此我们有理由认为在共振实验中张紧的绳所起的作用与图3 中弹簧的作用是相似的。图3中物体D的速度能超过物体C是因为当第一阶段物体C的速度减小至等于物体D的速度时，弹簧被压缩至最短， 此后弹簧弹力的作用使物体C继续减速，物体D继续加速，这样使得物体C速度小于物体D的速度。
图2中受迫振动D摆的振幅能超过C摆，笔者认为实验中C摆先做振动，C摆做振动时，对张紧的绳有扰动的作用，C摆的能量通过张紧的绳逐渐传给D摆，D摆受到周期性的驱动力作用，做与C 摆相同频率的振动且振幅逐渐增大。当D摆与C摆振幅相等时，为何C摆还能将能量继续传给D摆呢？笔者认为当C摆先做振动，而D摆做受迫振动时，C、D两摆的振动并非完全同步，而是C摆的振动稍稍超前于D摆，C 摆起到了主动去扰动绳的作用，C摆的能量通过张紧的绳逐渐传给D摆，当D摆的振幅大于C摆时，C摆还是起到了主动去扰动绳的作用，这样C摆就能继续将能量通过绳传给D摆，使得D摆的振幅超过C摆。当C摆将振动能量传递完后，C摆的振幅为零，此时D摆振幅达到最大值。此时后C、D两摆的主次位置发生变换，C摆做受迫振动，D摆起到了主动去扰动绳的作用，且D摆的振动稍稍超前于C摆。所以图2实验装置会出现表1所列现象。由此笔者认为在共振实验中张紧的绳所起的作用与图2中弹簧的作用非常相似，起到传递能量的作用。
进一步对该实验进行研究，笔者取两个质量不等的球M[,C]〉M[,D]，使它们摆长相等，再次进行实验，实验结果发现当做受迫振动的D摆振幅达到最大值时，驱动C摆的振幅不为零。这一现象也与图3中当M[,C]〉M[,D]时出现的结论一致，此时笔者认为在共振实验中出现表1所列现象是一种能量传递现象，与外界因素无关。