主题展厅：探索与发现　　　　　　展项名称：弹簧摆

1、展示内容、原理、目的

本展项通过竖直方向的振动与水平方向的扭动的运动形式和能量的转换，介绍弹簧摆产生此现象的基本原理。

悬挂一个弹簧，弹簧末端系一质量为m的物块，这就构成了一个弹簧摆，这时只要用力轻轻地向下拉物块，弹簧就会上下振动起来。如果适当选择弹簧的长度，物块质量m，及弹簧倔强系数K（表示弹簧伸长单位长度强力的大小），我们就可以做成一个极为有趣的弹簧摆：当用力在垂直方向拉弹簧，弹簧开始作竖直方向的来回振动，成为一个弹簧振子。但它的振幅会逐渐减少，并同时开始左右摆动，摆动幅度越来越大，即弹簧振子的振动逐渐过渡到摆的摆动。之后，单摆的摆动又会转化为弹簧振子的上下振动，如此反复地振动、摆动、振动……不停地转换，这是什么原因呢？

原来，适当选择摆长l，振子质量m、倔强系数K后，可以使得摆动周期与振子振荡周期相等，这时，振子振动时能量就可以从振动转变为摆动，又能从摆动转变为振动。因而物块m既可作为弹簧振子，又可作为摆的摆锤。这里弹簧起到了能量转换缓冲器的作用。一旦一种形式的运动开始，能量即通过弹簧的张力从这种形式的运动转换到另一种形式的运动，直到这种形式运动的能量全部传递完为止，然后又开始通过弹簧反方向传递，相应物质的运动也即从一种形式过渡到另一种形式。

2、彩色三维效果图

3、展示和操作方式

本展项和“共振秋千”、“龙形摆”组成运动之律展区中的振动分主题。展项从振动中最基础的概念——频率出发，介绍共振，以及共振中的能量转换。使参与者对振动的认识有一个清晰的脉络。“龙形摆”通过一组摆长不同的小球介绍振动中最基础的频率的概念，以及对于最常见机械振动——单摆来讲，影响振动频率的因素是什么？“共振秋千”通过一个原理实验类展品和一个观众体验类展品，使观众从多角度了解共振这个科学内容。“弹簧摆”以看似神奇的现象介绍共振中产生的能量间的转换。本分主题使观众在参与、操作和体验过程中对振动的最重要概念——频率和共振，由浅入深，有清晰的认识和了解。

本展品由一套弹簧摆、电磁铁启动装置及升降机构和展台组成。弹簧摆下端连接一个铁块，铁块通过水平的金属杆两端固定两个铁球。弹簧的振动频率与铁块由两端铁球产生的扭动频率接近相同。

参与者按下展台上的“启动”按钮，使升降机构将电磁铁升高，电磁铁通电后将铁块吸附，升降机构下降将铁块竖直下拉到一固定位置随后释放，铁块随后便产生竖直方向的振动，但很快竖直方向的运动停止，开始水平方向上的扭动，过一会儿它又开始竖直方向振动。这个系统的能量在两种振动方式之间不停的转换。

操作按钮旁有状态指示灯（绿色），当一个观众操作后，一个周期内（1分钟），物体自己运动，这时候指示灯息，观众操作按钮无效，当这个周期结束后，绿灯亮，观众操作按钮有效重新启动弹簧摆。

参与者操作步骤为：

1>当绿色指示灯亮时，按下启动按钮

2>观看弹簧摆摆动情况