CN106128235A - 振动波动演示仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种振动波动演示仪，该演示仪的横杆通过螺丝固定在支架上，并使横杆与左光轴垂直，横杆与支架通过螺丝固定在左光轴和右光轴上的滑块上，横杆与支架能够一起沿左光轴和右光轴平行滑动，横杆电机固定在横梁上，横杆电机通过转轮上的偏心轴与支架上的滑槽嵌套，左转轴和右转轴安装在中横梁和上横梁之间，滚动带绕在左转轴和右转轴上，滚动带上刻有与转动方向垂直的竖线；滚动带电机、横杆电机、振动频率显示屏、波速显示屏与电控板电连接。有益效果是整个演示仪体积小巧，质量轻，便于携带，可吸附在黑板上。并且可以直接在显示屏上读取，可以演示出波形成原理和各个参数之间的关系。仪器操作简单，节省教师教学时间，教学效果好，适于推广应用。

Description

振动波动演示仪
技术领域
本发明涉及一种物理教学演示仪，特别是一种振动波动演示仪。
背景技术
振动和波动是物理教学中的重要内容，学生在课堂上只凭教师讲解很难理解抽象的理论和规律，所以有必要在课堂上进行实验演示以提高教学效果。现有技术存在相应的不足，如：“激光扫描法简谐振动正弦曲线演示仪(申请号CN201520443974.7)”采用打点计时器作为振动源，该装置频率不可调节或者调节范围非常小，采用六棱镜驱动产生的曲线不连续，每个镜片之间会有断点；“一种简谐振动演示仪(申请号CN201521082225.2)”采用丝杠驱动，速度较慢，直观视觉现象不明显；“一种简谐振动演示装置(申请号CN201420059072.9)”采用弹簧作为振动源，由于摩擦存在其振幅会明显衰减，而且单一弹簧无法改变频率。“一种物理教学用的图像振动演示装置(申请号CN201520815926.6)”采用手摇驱动，速度不稳，小车振动频率与纸带转动速度关系恒定，无法演示不同的频率和波速时波形的变化。上述现有技术都需要放在桌子上才能进行实验，不能挂在黑板上，学生多的时候后排的学生看不见，都没有数值显示装置，不能定量显示波长、波速和频率以及波长、波速和频率三者之间的关系。
发明内容
针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种振动波动演示仪，该演示仪结构紧凑，功能全面，体积小巧，便于携带，操作简单，现象明显，可以吸附在黑板上供全体同学观看，振动频率和波速能够分别调节和显示，实验效果好，适于推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种振动波动演示仪。其中：该演示仪包括下横梁、中横梁、上横梁、左光轴、右光轴、支架、横杆、左转轴、右转轴、滚动带、竖线、交叉点、滚动带电机、横杆电机、转轮、偏心轴、滑槽、电控板、开关、滚动带电机调速旋钮、横杆电机调速旋钮、磁铁、振动频率显示屏、波速显示屏、滑块。
所述下横梁、中横梁、上横梁、左光轴、右光轴相互连接构成演示仪的框架，横杆通过螺丝固定在支架上，并使横杆与左光轴垂直，横杆与支架通过螺丝固定在左光轴和右光轴上的滑块上，横杆与支架能够一起沿左光轴和右光轴平行滑动，横杆电机固定在横梁上，横杆电机通过转轮上的偏心轴与支架上的滑槽嵌套，左转轴和右转轴安装在中横梁和上横梁之间，滚动带绕在左转轴和右转轴上，滚动带上刻有与转动方向垂直的竖线；滚动带电机固定在下横梁上，滚动带电机与左转轴相联并驱动左转轴转动，电控板安装在下横梁上，电控板上装有开关、滚动带电机调速旋钮、横杆电机调速旋钮；下横梁和上横梁两端分别安装有磁铁，振动频率显示屏、波速显示屏安装在上横梁上，滚动带电机、横杆电机、振动频率显示屏、波速显示屏与电控板电连接。
本发明的效果是：
(1)整套演示仪能够吸附在有铁质背板的黑板或任何铁质平面上，便于多人同时观看。
(2)体积小巧，重量轻，便于携带，老师可以将仪器带到任何需要的教室讲课，不受空间限制。
(3)振动频率波动速度均可改变。
(4)振动频率波动速度均可直接显示。
(5)安装方便，操作简单。
(6)可以演示简谐振动的旋转矢量描述即简谐振动与圆周运动的关系，一维简谐振动、简谐振动与一维一动合成的二维波动等。
附图说明
图1是本发明演示仪的结构示意图。
图中：
1、下横梁 2、中横梁 3、上横梁 4、左光轴 5、右光轴
6、支架 7、横杆 8、左转轴 9、右转轴 10、滚动带
11、竖线 12、交叉点 13、滚动带电机 14、横杆电机
15、转轮 16、偏心轴 17、滑槽 18、电控板 19、开关
20、滚动带电机调速旋钮 21、横杆电机调速旋钮 22、磁铁
23、振动频率显示屏 24、波速显示屏 25、滑块
具体实施方式
结合附图的本发明的振动波动演示仪结构加以说明。
本发明的振动波动演示仪的设计思想是解决物理教学中振动和波动相关内容的课堂演示问题。
如图1所示，本发明的振动波动演示仪结构是，该演示仪包括下横梁1、中横梁2、上横梁3、左光轴4、右光轴5、支架6、横杆7、左转轴8、右转轴9、滚动带10、竖线11、交叉点12、滚动带电机13、横杆电机14、转轮15、偏心轴16、滑槽17、电控板18、开关19、滚动带电机调速旋钮20、横杆电机调速旋钮21、磁铁22、振动频率显示屏23、波速显示屏24、滑块25。
本发明的振动波动演示仪的功能是这样实现的：
所述下横梁1、中横梁2、上横梁3、左光轴4、右光轴5构成演示仪的框架，横杆7与支架6一起可沿左光轴4和右光轴5平行滑动，横杆电机14固定在横梁1上，横杆电机14通过转轮15上的偏心轴16与支架6上的滑槽17嵌套。左转轴8和右转轴9安装在中横梁2和上横梁3之间，滚动带10绕在左转轴8和右转轴9上，滚动带10上画有与转动方向垂直的竖线11。滚动带电机13固定在下横梁1上，滚动带电机13与左转轴8相联并驱动左转轴8转动。电控板18安装在下横梁1上，电控板18上装有开关19、滚动带电机调速旋钮20、横杆电机调速旋钮21。下横梁1和上横梁3两端分别安装有磁铁22，用于将整套仪器吸附在有铁质背板的竖直面，包括黑板和白板上，便于多人观看。振动频率显示屏23、波速显示屏24安装在上横梁3上。横杆电机14为转速可调、可测的电机，由电控板18上的横杆电机调速旋钮21控制转速，其每秒转动周数以频率的形式显示在振动频率显示屏24上。控制和调节横杆电机14的转速是为了改变横杆7的振动频率。滚动带电机13为转速可调、可测的电机，由电控板18上的滚动带10电机调速旋钮20控制转速，控制和调节滚动带电机13的转速是为了改变滚动带10上竖线11的移动速度，相当于改变波速，滚动带电机13的转速经过电控板18根据左转轴8的半径运算后转换为竖线11的平移速度，显示在波速显示屏24上。电控板18是整套仪器的电源供应、电路控制、信号采集和运算中枢，把外来电源转化为滚动带电机13、横杆电机14的电力，采集滚动带电机13、横杆电机14的转速信息并进行处理，分别显示在波速显示屏24和振动频率显示屏23上。横杆7和滚动带10为同一种颜色，竖线11的颜色与横杆7和滚动带10的颜色要有明显反差，比如：横杆7和滚动带10为黑色，竖线11为白色；或者横杆7和滚动带10为白色，竖线11为黑色。滚动带10上的竖线11可以画多条。
本发明的振动波动演示仪的基本操作步骤：
通过磁铁22把演示仪吸附在黑板上，先将滚动带电机调速旋钮20、横杆电机调速旋钮21都调至最小，然后打开开关19，慢调大横杆电机调速旋钮21，使横杆7振动频率逐渐增大，即可演示转轮15的圆周运动转化为横杆7的简谐振动，转轮15的转速决定振动频率。缓慢调大滚动带电机调速旋钮20，使滚动带10逐渐加速运动，由于人眼的视觉暂留现象，可以观察到交叉点12的运动轨迹就是二维波动，分别调滚动带电机调速旋钮20、横杆电机调速旋钮21，并从振动频率显示屏23上读取横杆7的振动频率，从波速显示屏24上读取竖线11的运动速度，这就可以演示振动和波的形成原理，以及振动频率、波长和速度三者之间的关系。

Claims (6)

1.一种振动波动演示仪，其特征是：该演示仪包括下横梁(1)、中横梁(2)、上横梁(3)、左光轴(4)、右光轴(5)、支架(6)、横杆(7)、左转轴(8)、右转轴(9)、滚动带(10)、竖线(11)、交叉点(12)、滚动带电机(13)、横杆电机(14)、转轮(15)、偏心轴(16)、滑槽(17)、电控板(18)、开关(19)、滚动带电机调速旋钮(20)、横杆电机调速旋钮(21)、磁铁(22)、振动频率显示屏(23)、波速显示屏(24)、滑块(25)；
所述下横梁(1)、中横梁(2)、上横梁(3)、左光轴(4)、右光轴(5)相互连接构成演示仪的框架，横杆(7)通过螺丝固定在支架(6)上，并使横杆(7)与左光轴(4)垂直，横杆(7)与支架(6)通过螺丝固定在左光轴(4)和右光轴(5)上的滑块(25)上，横杆(7)与支架(6)能够一起沿左光轴(4)和右光轴(5)平行滑动，横杆电机(14)固定在横梁(1)上，横杆电机(14)通过转轮(15)上的偏心轴(16)与支架(6)上的滑槽(17)嵌套，左转轴(8)和右转轴(9)安装在中横梁(2)和上横梁(3)之间，滚动带(10)绕在左转轴(8)和右转轴(9)上，滚动带(10)上刻有与转动方向垂直的竖线(11)；滚动带电机(13)固定在下横梁(1)上，滚动带电机(13)与左转轴(8)相联并驱动左转轴(8)转动，电控板(18)安装在下横梁(1)上，电控板(18)上装有开关(19)、滚动带电机调速旋钮(20)、横杆电机调速旋钮(21)；下横梁(1)和上横梁(3)两端分别安装有磁铁(22)，振动频率显示屏(23)、波速显示屏(24)安装在上横梁(3)上，滚动带电机(13)、横杆电机(14)、振动频率显示屏(23)、波速显示屏(24)与电控板(18)电连接。
2.根据权利要求1所述的振动波动演示仪，其特征是：横杆电机(14)为转速可调、可测的电机，通过电控板(18)上的横杆电机调速旋钮(21)控制转速，每秒转动周数以频率的形式显示在振动频率显示屏(24)上。
3.根据权利要求1所述的振动波动演示仪，其特征是：所述滚动带电机(13)为转速可调、可测的电机，通过电控板(18)上的滚动带电机调速旋钮(20)控制转速，转速经过电控板(18)根据左转轴(8)的半径运算后转换为竖线(11)的平移速度，显示在波速显示屏(24)上。
4.根据权利要求1所述的振动波动演示仪，其特征是：所述电控板(18)是振动波动演示仪的电源、控制、信号采集和运算中枢，把外接电源转化为滚动带电机(13)、横杆电机(14)的电源，采集滚动带电机(13)、横杆电机(14)的转速信息并进行处理，分别显示在波速显示屏(24)和振动频率显示屏(23)上。
5.根据权利要求1所述的振动波动演示仪，其特征是：所述横杆(7)和滚动带(10)为同一种颜色部件，竖线(11)的颜色与横杆(7)和滚动带(10)的颜色要有明显反差。
6.根据权利要求1所述的振动波动演示仪，其特征是：所述滚动带(10)上的竖线(11)刻有多条。
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