CN103680265B - 旋转矢量分析演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可以用于演示简谐振动、并可以用图形方式显示简谐运动振动轨迹的装置。本发明的旋转矢量分析演示仪由设置于底板上的坐标纸、用于带动坐标纸运动的拉线、用于缠绕拉线的卷轴、A转盘，B转盘、分别固定于A转盘和B转盘上的固定柱、其上设置有槽孔的固定架、分别与固定架刚性固定的运动臂、分别固定于运动臂上的画图笔、分别用于两转盘转数计数的光电传感器、用于显示转数的光电计时显示器、用于固定运动臂和的固定环，以及分别用于驱动各转盘和卷轴的电机及减速装置，其中A转盘与B转盘共轴线，且A转盘位于B转盘之上。本发明可以演示两个矢量同时转动的运动，进而得到各种不同的振动曲线，例如同振动方向同频率不同振幅的振动曲线，同振动方向同频率不同相位角的振动曲线，同振幅不同频率不同相位角振动曲线等。具有演示直观、有效、易操作。

Description

旋转矢量分析演示仪

技术领域

本发明涉及一种教学和实验使用的演示用具，特别是一种可以用于演示简谐振动、并可以用图形方式显示简谐运动振动轨迹的装置。

背景技术

简谐振动是学习振动和波动学理论的基础。现在简谐振动图线的演示多通过单摆和弹簧振子的振动来演示，其效果直观简单但单一。现有技术中还可以用旋转矢量法来诠释简谐振动图线，以更全面的对照分析简谐振动的基本振动方程中的振幅、周期、相位等重要参量。但在多年的教学中发现用旋转矢量法诠释简谐振动图线相对抽象学生不易理解，是教学的一个难点。

发明内容

本发明提供一种可使学习者更全面的分析简谐振动的形成，理解并掌握简谐振动的特点。

本发明的旋转矢量分析演示仪由设置于底板上的坐标纸、用于带动坐标纸运动的拉线、用于缠绕拉线的卷轴、A转盘，B转盘、分别固定于A转盘和B转盘上的固定柱、其上设置有槽孔的固定架、分别与固定架刚性固定的运动臂、分别固定于运动臂上的画图笔、分别用于两转盘转数计数的光电传感器、用于显示转数的光电计时显示器、用于固定运动臂和的固定环，以及分别用于驱动各转盘和卷轴的电机及减速装置，其中A转盘与B转盘共轴线，且A转盘位于B转盘之上。

本发明的装置可将矢量的旋转运动分解为两个矢量在相互垂直的坐标轴上的运动，进而描绘出运动图线，即得到了简谐振动的振动图线。通过光电传感器和光电计时计数器可分别显示出矢量旋转的周期个数和总时间，进而可以计算出简谐振动的周期。在本发明的旋转分析演示仪的两个半径不同的同心圆下面设置有一固定的刻有相位角度的刻度底盘，因此在实验中可以实时看到矢量振子即转柱转动中所在的相位角。装置可以用于分析简谐运动的运动特征及规律，直观得到振动的振幅、初相位、相位、周期等重要参量。

本发明的转盘B下的底板上还可设置刻度，这样就可以实时看到矢量振子即转柱转动中所在的相位角。

本发明还可以演示两个矢量同时转动的运动，进而得到各种不同的振动曲线，例如同振动方向同频率不同振幅的振动曲线，同振动方向同频率不同相位角的振动曲线，同振幅不同频率不同相位角振动曲线等。具有演示直观、有效、易操作。

附图说明

附图为本发明装置的实施例示意图，其中图1为本发明的结构示意图，图2为图1的仰视图，图3为只表示一个盘结构的示意图。图中各标号的部件是：固定架1（其中设置于A转盘3上的为1A，设置于B转盘4上的为1B），固定柱2（其中设置于A转盘3上的为2A，设置于B转盘4上的为2B），A转盘3，B转盘4，固定的刻度底盘5，固定环6，传动轴7，挡光片8，A运动臂9，B运动臂10，底板11，坐标纸12，画图笔13（其中设置于A转盘3上的为13A，设置于B转盘4上的为13B），拉线14，卷轴15，A光电传感器16，B光电传感器17，光电计时显示器18。为使图面清晰起见，在图上仅标出固定架1A与1B中的一个、固定柱2A和2B中的一个、画笔中13A和13B中的一个。

具体实施方式

本发明以下结合实施例和附图解说。

本发明的实施例是由：设置于底板11上的坐标纸12、用于带动坐标纸12运动的拉线14、用于缠绕拉线14的卷轴15、位于上面的A转盘3和位于下面的B转盘4、分别固定于A转盘和B转盘上的固定柱2A和2B、设置于A转盘3上的其上设置有槽孔的固定架1A和设置于B转盘4上的其上设置有槽孔的固定架1B、分别与固定架1A刚性固定的运动臂9和与固定架1B刚性固定的运动臂10、分别固定于运动臂9和10上的画图笔13A和13B、分别用于两转盘转数计数的光电传感器16和17、用于显示转数的光电计时显示器18、用于固定运动臂9和10的固定环6，以及分别用于驱动各转盘和卷轴的电机及减速装置（这一电机及减速装置在图中未表示）构成，其中A转盘3与B转盘4共轴线。A转盘3上设置的固定架1A与A运动臂9刚性固定，设置于B转盘4上的固定架1B与B运动臂刚性固定。固定柱2A和2B的一端分别固定于A转盘和B转盘，另一端套于固定架1A或1B上所设置的槽孔内。在两个转盘旁分别设置有用于转盘计数的光电传感器16和17，由光电传感器16和17所测得的相应转盘转数通过的光电计时显示器18显示。两个转盘分别用经减速装置减速的电机驱动。

在进行实验演示时，本发明通过电机带动卷轴转动使接线在卷轴上緾绕，进而带动坐标纸向前运动，形成第一个运动矢量，同时通过电机使A转盘3和B转盘4转动，由于转柱2固定在转盘上，且套于固定架的槽孔内，又由于固定架上刚性固定有运动臂，且运动臂又被两个固定环6所约束，使固定架无法转动，只能为沿其纵向做往复运动，同时带动运动臂做往复运动，使画笔形成第二个运动矢量，并在坐标纸上绘出振动曲线。实验中光电计时传感器可以显示出矢量旋转的周期个数和运动的时间，并显示出来。由此可见，通过本发明的装置可在坐标纸上绘制出同振动方向同频率不同振幅的振动曲线。当本发明的转盘B下的底板上设置刻度，还可以实时看到矢量振子即转柱转动中所在的相位角。

Claims (2)

1.旋转矢量分析演示仪，其特征在于有：设置于底板（11）上的坐标纸（12）、用于带动坐标纸（12）运动的拉线（14）、用于缠绕拉线（14）的卷轴（15）、A转盘（3），B转盘（4）、分别固定于A转盘和B转盘上的第一固定柱（2A）和第二固定柱（2B）、设置有槽孔的第一固定架（1A）和第二固定架（1B）、分别与第一固定架（1A）刚性固定的第一运动臂（9）和与第二固定架（1B）刚性固定的第二运动臂（10）、分别固定于第一运动臂（9）上和第二运动臂（10）上的第一画图笔（13A）和第二画图笔（13B）、分别用于两转盘转数计数的第一光电传感器（16）和第二光电传感器（17）、用于显示转数的光电计时显示器（18）、用于固定第一运动臂（9）和第二运动臂（10）的固定环（6），以及分别用于驱动各转盘和卷轴的电机及减速装置，其中A转盘（3）与B转盘（4）共轴线，且A转盘（3）位于B转盘（4）之上。

2.根据权利要求1所述的旋转矢量分析演示仪，其特征在于在B转盘下的底板上设置刻度。