啄木鸟的实验装置与原理研究

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1、学专学姓院物理科学与技术学院物理学院201010800100张菲菲啄木鸟的实验装置与原理研究扌商要：很多同学都玩过“啄木鸟”装置玩具，它十分的生动、有趣。现在，我们以这个小玩具为我们课题研究的对象，从物理学角度分析这个玩具的原理，了解啄木鸟的实验装原理，以此解开大家心中的“疑团”。同时我们将把在课堂上的复杂仪器和所不能满足的实验仪器用着简单又易于操作的装置代替，增加探究的趣味性，加强自我动手能力。关键字：“啄木鸟”实验装置、原理探究、运动特点、能量转换、模型引言：啄木鸟是一种有趣的玩具，-只小啄木鸟模型通过弹簧联结在套筒上，将套筒置于金属直杆的顶端，放手后

2、啄木鸟开始有节奏地摆动身体，一边啄木一边间歇地时滑吋停地向下滑动•在它的趣味现象里隐藏了力、力的平衡、力矩的平衡、摩擦力、振动和机械能的知识。研究方向：子课题一：子课题二：了解啄木鸟的实验装置与原理。啄木鸟的向下为什么会停一下？当停下来时，又为什么会去啄虫？当啄木鸟在啄虫时为什么回向下运动？子课题三：在这些过程中有哪些能量发生转化?那又是如何的转化?本组成员通过学习、收集与课题相关的理论材料与信息，并结合实际的简易模型对以上三个课题进行探究与讨论。仁啄木鸟的实验装置工作原理小玩具演示过程的粗略文字展示：一只小啄木鸟模型通过弹簧联结在套筒上，将套筒置于金属直

3、杆的顶端，放手后啄木鸟开始有节奏地摆动身体，一边啄木一边间歇地时滑时停地向下滑动•这个有趣的玩具作为演示自激振动的教具。实验过程详细文字展示:仔细观察啄木鸟的运动•当套筒倾斜，端部与直杆接触，啄木鸟玩具且接触处的摩擦力足以平衡套筒和啄木鸟的重量时，啄木鸟即作短暂地停留•而当接触处的摩擦力小于重力时，约束即被解除，啄木鸟向下滑动，直到套筒再次倾斜，端部与直杆再次接触时为止•在此过程中，啄木鸟作周期性摆动，使套筒的姿态，以及套筒与直杆接触处的法向约束力随之改变•与法向约束力成正比的摩擦力亦随之改变•摩擦力的周期性变化止是套筒与直杆之间发生粘着一滑动一再粘着现象

4、的根本原因.在啄木鸟运动的整个过程中，维持运动的能源来自重力•当套筒向下滑动时，重力的势能转换成啄木鸟的动能•而套筒与直杆接触时的碰撞使向下滑动的动能转换成啄木鸟往复摆动的动能和弹簧的势能•作为恒定能源的重力势能并非周期变化2、啄木鸟究竟是怎样运动的？为什么它一边下降还一边点头啄木？实验器材玩具啄木鸟、直径为3毫米的铁丝、底座、小金属片（铝或铁片，厚0.5毫米，长宽分别为20和30毫米）、手摇钻、3毫米钻头及塑料衣夹等。探究过程：人在爬杆的顶端，若放松握杆的双手和夹杆的双腿，人就会沿杆滑下，而眼前有一个玩具啄木鸟歇在支杆的上面，把它的尾部抬起，松手后会出现

5、什么情况？看看下面的动画吧！为了研究玩具啄木鸟产生如此奇妙运动的原因，首先我们自制了一个类似的简化玩具：在小金属片的一侧钻一个略大于3毫米日四衣夹E夹住金属片离孔稍远的一侧，把它们套在竖直杆上（生行以下实验：（1）用手拿着夹子，分别使金属片保持水平和倾斜状态，并同时使它们作出如图2所示的模型:鬲片系统能较好地从杆上一并思考产生这种运动变化的设金属片的厚度为仏轴径为〃，金属片与夹子系统的重心在O点，厲开轴右侧O,点的距离为I，系统所受重力为W，系统静止在杆上时,杆对轴孔两侧的压力和摩擦力分别为M、N2和/1、£o市力的平衡和绕O,点的转动平衡条件可得到下列方

6、程：—N+N2=0,Fi+无-W=0,Nh—fid—wl=0o而夹板不滑动的条件为fiW,夹片

7、就再次“卡讨主。随着振子向下再向上运动，夹片再次打滑，边向下，边转动，又再次“卡"住，如此循环，就出现了啄木鸟式的运动。3.在这些过程中有哪些能量发生转化?那又是如何的转化？在啄木鸟运动的整个过程中，维持运动的能源来自重力•当套筒向下滑动时，重力的势能转换成啄木鸟的动能•而套筒与直杆接触时的碰撞使向下滑动的动能转换成啄木鸟往复摆动的动能和弹簧的势能•作为恒定能源的重力势能并非周期变化。生活中有一种挂重物的随意钩，它的结构如图3所示，钩子上挂上了重物后能够自由地停留在任何位置，它靠的是横杆对钩轴产生的摩擦力，这种结构的原理与啄木鸟是类似的。探究评价••啄木鸟

8、是一种有趣的玩具，在它的趣味现象里隐藏了力、力的平衡、力矩的平衡、