在物理教学中，共振现象是一个重要但常常抽象的概念，尤其是涉及磁共振时，许多传统演示需要复杂的实验设备，例如交变电流源、螺线管和计算机模拟工具。而本研究提出了一种全新的方法，只需三块普通磁铁，即可直观地展示共振现象，使学生能够清晰理解其物理原理。
本演示实验的核心装置包括一块条形磁铁、一只小指南针和一只大指南针。演示开始时，条形磁铁放置在小指南针附近，使其针头指向特定方向。随后，大指南针被置于小指南针旁，并由教师手动旋转。由于磁场的周期性变化，小指南针受到磁力作用发生振荡。当大指南针的旋转频率接近小指南针系统的固有频率时，振荡幅度达到最大，即共振现象发生。这一现象可直观地展现出驱动频率与响应幅度之间的关系，使学生能够加深对共振概念的理解。
本研究的创新点在于：
实验简单且成本低：实验仅需三块常见磁铁，无需额外电源或复杂电子设备，使其适用于各类课堂环境。
直观性强：相比传统的交变电流驱动共振实验，本方法能够让学生直接观察磁场变化对指南针振荡的影响，有助于理解共振的物理本质。
可推广性强：实验不仅可用于高中和大学的物理教学，还可以作为入门级的磁共振演示，帮助学生建立磁共振的基础认知。
此外，本研究还探讨了空气阻力如何影响大指南针的旋转速度，并如何利用这一效应实现类似于光谱学中的“频率扫描”技术。通过逐步降低驱动频率，学生可以观察到小指南针的振荡幅度先增大后减小的现象，从而更加深刻地理解共振的特性。
本文提出的教学仪器，不仅简化了传统的共振实验，还提供了一种更加直观、经济的教学工具，使物理教育更加生动、易懂和有趣。
团队介绍
魏亚军团队以实际应用为导向，主要研究和开发可以直接在物理教学中应用的更高效更有趣的教学方式，内容和仪器。团队近两年在物理教育研究国际知名期刊《The Physics Teacher》《Physical Review Physics Education Research》等上发表10多篇论文，多项创新教学仪器在全国多地的中学和高校使用。
团队负责人：魏亚军，博士，在2011-2015年期间从事自然科学研究工作，但其对基础物理教育极有热情，2015年从剑桥大学回到中国时，放弃了多所985高校的教职主动选择到高中任教长达八年，获得了宝贵的中学一线教学经验。2023年起他在广州大学从事师范生培养和物理教育研究，系在《The Physics Teacher》上发表论文最多的中国教师，也系在《Physical Review Physics Education Research》上唯一有论文被编辑精选（Editor’s Suggestion）的中国学者。
文章信息
A Quick and Intuitive Demonstration of (Magnetic) Resonance Using Just Three Magnets
Yajun Wei
Phys. Teach. 62, 650–652 (2024)
https://doi.org/10.1119/5.0177906
此文转载自：AIPP学术公众号
原文链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/i6vDWRKAOKmCnca9VVhLPw
