CN108806416A - 机械波波动实验及教学演示仪 - Google Patents

机械波波动实验及教学演示仪 Download PDF

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Abstract

机械波波动实验及教学演示仪，由刻度板、数字显示器、打点记时器、电路板、固定件、读数挂杆、弹性条带、支架台、滑杆、滑球、弓形支架、调位槽、凸字形透明读数标识槽盒、电源开关、稳压二极管、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、可变电容、可变电阻等组成，采用RC振荡器与稳压二极管等组成一个可调低频振荡电路，其输出给定时打点计时器供电，数字显示器实时显示具体频率，打点计时器振片末端与滑杆穿套的滑球之间用弹性条带连接，既能演示波动特征、驻波形成条件，又能定量测量波长、波速，讨论弹性介质性质及质元间相互作用强度对波速的影响的机械波波动实验及教学演示仪。

Description

机械波波动实验及教学演示仪
技术领域
本发明涉及一种机械波波动实验及教学演示仪，特别涉及一种既能演示波动特征、驻波形成条件，又能定量测量波长、波速，讨论弹性介质性质及质元间相互作用强度对波速的影响。
背景技术
目前，波动内容的课堂教学和实验教学手段和方法还比较单一，尚未有一实验装置，能把课堂的定性演示、实验的定量测量、实验现象的理论分析整合在一起，本发明提供一种既能演示波动特征、驻波形成条件，又能定量测量波长、波速，讨论弹性介质性质及质元间相互作用强度对波速的影响的机械波波动实验及教学演示仪。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种机械波波动实验及教学演示仪，采用RC振荡器与稳压二极管等组成一个可调低频振荡电路，其输出给定时打点计时器供电，数字显示器实时显示具体频率，打点计时器振片末端与滑杆上穿套的滑球之间用弹性条带连接，滑球自由时，演示波动特征，滑球锁定在滑杆上时，调旋K、C两调节旋钮，改变低频振荡电路输出频率，调节底板，改变振片末端与滑球之间的弹性介质空间距离，演示驻波，定量测量波长、波速，保持弹性条带张弛度不变，使支架底座位处两个或多个不同的合适位置，压卡将弹性条带卡压在支架底座上面的支架台上，定性或定量演示不同波动频率下驻波形成的条件，在波动频率、空间距离不变的情况下，松开固定弹性条带的固定件，改变弹性条带张弛度，观察驻波的形成或消失，以此演示弹性介质性质及质元间相互作用强度对波速的影响等。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明由刻度板、蝴蝶螺母、盖盒、数字显示器、栓柱、打点记时器、电路板、固定件、小螺栓、顶端中央有螺孔的凹形支架、顶块、读数挂杆、螺孔、蝴蝶螺栓、弹性条带、压卡、垂直刻画线、支架台、滑杆、滑球、小螺杆、支架杆、弓形支架、螺杆、支架底座、调位槽、凸字形透明读数标识槽盒、读数标识线、标识槽盒卡槽、底板、垫片、电池、螺栓、底座、插孔、电源开关、稳压二极管、第一三极管、第二三极管、转换开关、双连转换开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻、双连第一电阻、双连第二电阻、双连第三电阻、可变电容、双连可变电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、可变电阻组成，滑球穿套在滑杆上，小螺杆旋装在滑球上，滑杆固定在弓形支架的弓口，弓形支架直立固定在底座右侧端的面板上，底座左侧部分自上而下开凿一条足够长的调位槽，弓形支架与调位槽沿底座纵向轴线分布，刻度板直立固定在底座上，且位于弓形支架、调位槽的后面，底板在调位槽上面，垫片在调位槽下面，两只螺栓从底座下方自下而上穿过垫片、调位槽、和底板两端的插孔与蝴蝶螺母旋接，把底板紧紧固定在底座上，在底板上、两插孔间安装盖盒，其特征是：在盖盒内的底板上安放电池、插装电路板、频率数字显示器，双连可变电容、双连转换开关、电源开关，以及数字显示器显示屏安装在盖盒前面板上，打点记时器固定在盖盒的上面板上，缠绕富余弹性条带的栓柱固定在打点记时器上面，弹性条带顺着打点记时器的振片穿过固定在振片末端的固定件，固定件将弹性条带固定在振片上，弹性条带的末端与滑球连接，蝴蝶螺栓旋穿读数挂杆后半部中央的螺孔，能使跨挂在刻度板上的读数挂杆定位，读数挂杆的前半部开有标识槽盒卡槽，将前、后面中间沿纵向刻有读数标识线的凸字形透明读数标识槽盒卡装在标识槽盒卡槽中，压卡卡压在台面刻有垂直刻画线的支架台上，支架杆固定在支架台底面上，螺杆将支架杆锁定在支架底座的竖插孔中，必要时将支架底座置于底座上，压卡将弹性条带卡压在支架底座上面的支架台上，电源开关一端接电源正极，另一端接第二三极管的发射极和第四电阻，第二三极管的基极接第一三极管的集电极，第一三极管基极与第四电阻的另一端、可变电容、双连可变电容、双连第一电阻、双连第二电阻、双连第三电阻并联，双连可变电容的另一极接地，双连第一电阻、双连第二电阻、双连第三电阻的另一端依次接双连转换开关的三个静触端，双连转换开关的共用动触端接地，可变电容的另一极接转换开关的共用动触端，转换开关的三个静触端依次接第一电阻、第二电阻、第三电阻，第一电阻、第二电阻、第三电阻的另一端并联后与稳压二极管的阴极、第二三极管的集电极、第五电阻、第八电阻并联，稳压二极管的阳极与第七电阻串联后和第一三极管发射极、第五电阻另一端、第六电阻并联，此接点为数字显示器接入端，第六电阻另一端接地，第八电阻的另一端与可变电阻串联后接地，可变电阻的动触端为电路输出端，给打点记时器供电。
所述打点记时器，主要是指原打点记时器中的振片、永久磁铁、线圈，及其所涉部件下面的部分底座板。
所述固定件，由小螺栓、顶端中央有螺孔的凹形支架和顶块组成, 顶端中央有螺孔的凹形支架焊接在打点记时器振片的末端，顶块置于顶端中央有螺孔的凹形支架与打点记时器振片所围空间之中，小螺栓从凹形支架顶端的螺孔自上而下旋过，顶压在顶块上，顶块采用硬质塑料或胶木制作。
所述凸字形透明读数标识槽盒，凸字形透明读数标识槽盒用硬质、不易破碎的透明材料制作，在其前、后面中间沿纵向刻有读数标识线，两读数标识线所处的空间平面与刻度板板面垂直。
所述支架台，支架台是台面为圆缺形的圆缺体，台面上的垂直刻画线与缺面垂直，台底面与缺面交集处的两端开有压卡卡槽，支架台采用金属材料制作。
由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：能把课堂的定性演示、实验的定量测量、实验现象的理论分析整合在一起的机械波波动实验及教学演示仪，既能演示波动特征、驻波形成条件，又能定量测量波长、波速，讨论弹性介质性质及质元间相互作用强度对波速的影响，结构简单、使用方便，经济适用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中可调低频振荡电路原理图。
图3是本发明中读数挂杆、凸字形透明读数标识槽盒等结构放大示意图。
图4是本发明中固定件、滑球和小螺杆等结构放大示意图。
图5是本发明中压卡、垂直刻画线、支架台等结构放大示意图。
图中，1.刻度板，2.蝴蝶螺母，3.盖盒，4.数字显示器，5.栓柱，6.打点记时器，7.电路板,8.固定件，81.小螺栓，82.顶端中央有螺孔的凹形支架，83.顶块，9.读数挂杆，10.螺孔，11.蝴蝶螺栓，12.弹性条带，13.压卡，14.垂直刻画线，15.支架台，16.滑杆，17.滑球，18.小螺杆，19.支架杆，20.弓形支架，21.螺杆，22.支架底座，23.调位槽，24.凸字形透明读数标识槽盒，241.读数标识线，25.标识槽盒卡槽，26.底板，27.垫片，28.电池，29.螺栓，30.底座，31.插孔， K1.电源开关 ,D.稳压二极管，G1.第一三极管，G2.第二三极管，K.转换开关，Kˊ.双连转换开关，R1.第一电阻，R2.第二电阻，R3.第三电阻，R1 ˊ.双连第一电阻，R2 ˊ.双连第二电阻，R3 ˊ.双连第三电阻，C.可变电容，Cˊ.双连可变电容， R4.第四电阻，R5.第五电阻，R6.第六电阻，R7.第七电阻，R8.第八电阻，R9.可变电阻，Vcc.电源正极，A.电路输出端, B.数字显示器接入端。
具体实施方式
在图1中，滑球17穿套在滑杆16上，小螺杆18旋装在滑球17上，滑杆16固定在弓形支架20的弓口，弓形支架20直立固定在底座30右侧端的面板上，底座30左侧部分自上而下开凿一条足够长的调位槽23，弓形支架20与调位槽23沿底座30纵向轴线分布，刻度板1直立固定在底座30上，且位于弓形支架20、调位槽23的后面，底板26在调位槽23上面，垫片27在调位槽23下面，两只螺栓29从底座30下方自下而上穿过垫片27、调位槽23、和底板26两端的插孔31与蝴蝶螺母2旋接，把底板26紧紧固定在底座30上，在底板26上、两插孔31间安装盖盒3，其特征是：在盖盒3内的底板26上安放电池28、插装电路板7、频率数字显示器4，双连可变电容C、双连转换开关K、电源开关K1，以及数字显示器4的显示屏安装在盖盒3前面板上，打点记时器6固定在盖盒3的上面板上，缠绕富余弹性条带12的栓柱5固定在打点记时器6上面，弹性条带12顺着打点记时器6的振片穿过固定在振片末端的固定件8，固定件8将弹性条带12固定在振片上，弹性条带12的末端与滑球17连接，蝴蝶螺栓11旋穿读数挂杆9后半部中央的螺孔10，能使跨挂在刻度板1上的读数挂杆9定位，读数挂杆9的前半部开有标识槽盒卡槽25，凸字形透明读数标识槽盒24卡装在标识槽盒卡槽25中，压卡13卡压在台面刻有垂直刻画线14的支架台15上，支架杆19固定在支架台15底面上，螺杆21将支架杆19锁定在支架底座22的竖插孔中，支架底座22置于底座30上。
在图2中，电源开关K1一端接电源正极Vcc，另一端接第二三极管G2的发射极和第四电阻R4，第二三极管G2的基极接第一三极管G1的集电极，第一三极管G1基极与第四电阻R4的另一端、可变电容C、双连可变电容Cˊ、双连第一电阻R1 ˊ、双连第二电阻R2 ˊ、双连第三电阻R3 ˊ并联，双连可变电容Cˊ的另一极接地，双连第一电阻R1 ˊ、双连第二电阻R2 ˊ、双连第三电阻R3 ˊ的另一端依次接双连转换开关Kˊ的三个静触端，双连转换开关Kˊ的共用动触端接地，可变电容C的另一极接转换开关K的共用动触端，转换开关K的三个静触端依次接第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的另一端并联后与稳压二极管D的阴极、第二三极管G2的集电极、第五电阻R5、第八电阻R8并联，稳压二极管D的阳极与第七电阻R7串联后和第一三极管G1发射极、第五电阻R5另一端、第六电阻R6并联，此接点为数字显示器接入端B，第六电阻R6另一端接地，第八电阻R8的另一端与可变电阻R9串联后接地，可变电阻R9的动触端为电路输出端A, 所涉元件按电路原理图焊接在电路板7上。
在图3中，读数挂杆9后半部中央开有螺孔10，读数挂杆9的前半部开有标识槽盒卡槽25，凸字形透明读数标识槽盒24卡装在标识槽盒卡槽25中，在凸字形透明读数标识槽盒24的前、后面中间沿纵向刻有读数标识线241。
在图4中，顶端中央有螺孔的凹形支架82焊接在打点记时器6振片的末端，顶块83置于顶端中央有螺孔的凹形支架82与打点记时器6振片所围空间之中，小螺栓81从顶端中央有螺孔的凹形支架82的螺孔中自上而下旋过，顶压在顶块83上，弹性条带12从顶块83下方、打点记时器6振片上方穿过，滑球17沿直径开有滑孔，与旋装小螺杆18的旋孔成丄字形。
在图5中，支架台15为圆缺体，支架台15台面上刻有垂直刻画线14，支架台15底面与缺面交集处的两端开有压卡13卡槽，压卡13卡压在支架台15台面上，支架杆19固定在支架台15底面。
本发明相关部件的使用说明：在保持弹性条带张弛度不变情况下，定量测量波长、波速时，才需要使用支架台，压卡将弹性条带卡压在支架台台面上，弹性条带与垂直刻画线重合，确保支架台的圆缺面与刻度板垂直，再通过读数挂杆读出反射点具体位置；蝴蝶螺栓可使读数挂杆能相对稳定地跨挂在刻度板上，便于借助读数挂杆上的凸字形透明读数标识槽盒上的读数标识线读取驻波节点具体位置，在课堂演示时，还可通过手机微信、QQ群的视频功能与学生进行视频交互。

Claims (4)

1.机械波波动实验及教学演示仪，由刻度板、蝴蝶螺母、盖盒、数字显示器、栓柱、打点记时器、电路板、固定件、小螺栓、顶端中央有螺孔的凹形支架、顶块、读数挂杆、螺孔、蝴蝶螺栓、弹性条带、压卡、垂直刻画线、支架台、滑杆、滑球、小螺杆、支架杆、弓形支架、螺杆、支架底座、调位槽、凸字形透明读数标识槽盒、读数标识线、标识槽盒卡槽、底板、垫片、电池、螺栓、底座、插孔、电源开关、稳压二极管、第一三极管、第二三极管、转换开关、双连转换开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻、双连第一电阻、双连第二电阻、双连第三电阻、可变电容、双连可变电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、可变电阻组成，滑球(17)穿套在滑杆(16)上，小螺杆(18)旋装在滑球(17)上，滑杆(16)固定在弓形支架(20)的弓口，弓形支架(20)直立固定在底座(30)右侧端的面板上，底座(30)左侧部分自上而下开凿一条足够长的调位槽(23)，弓形支架(20)与调位槽(23)沿底座(30)纵向轴线分布，刻度板(1)直立固定在底座(30)上，且位于弓形支架(20)、调位槽(23)的后面，底板(26)在调位槽(23)上面，垫片(27)在调位槽(23)下面，两只螺栓(29)从底座(30)下方自下而上穿过垫片(27)、调位槽(23)、和底板(26)两端的插孔(31)与蝴蝶螺母(2)旋接，把底板(26)紧紧固定在底座(30)上，在底板(26)上、两插孔(31)间安装盖盒(3)，其特征是：在盖盒(3)内的底板(26)上安放电池(28)、插装电路板(7)、频率数字显示器（4），双连可变电容（C）、双连转换开关（K）、电源开关（K1），以及数字显示器（4）的显示屏安装在盖盒（3）前面板上，打点记时器（6）固定在盖盒（3）的上面板上，缠绕富余弹性条带（12）的栓柱（5）固定在打点记时器（6）上面，弹性条带（12）顺着打点记时器（6）的振片穿过固定在振片末端的固定件（8），固定件（8）将弹性条带（12）固定在振片上，弹性条带（12）的末端与滑球（17）连接，蝴蝶螺栓（11）旋穿读数挂杆（9）后半部中央的螺孔（10），能使跨挂在刻度板（1）上的读数挂杆（9）定位，读数挂杆（9）的前半部开有标识槽盒卡槽（25），凸字形透明读数标识槽盒（24）卡装在标识槽盒卡槽（25）中，压卡（13）卡压在台面刻有垂直刻画线（14）的支架台（15）上，支架杆（19）固定在支架台（15）底面上，螺杆（21）将支架杆（19）锁定在支架底座（22）的竖插孔中，支架底座（22）置于底座（30）上，电源开关（K1）一端接电源正极（Vcc），另一端接第二三极管（G2）的发射极和第四电阻（R4），第二三极管（G2）的基极接第一三极管（G1）的集电极，第一三极管（G1）基极与第四电阻（R4）的另一端、可变电容（C）、双连可变电容（Cˊ）、双连第一电阻（R1 ˊ）、双连第二电阻（R2 ˊ）、双连第三电阻（R3 ˊ）并联，双连可变电容（Cˊ）的另一极接地，双连第一电阻（R1 ˊ）、双连第二电阻（R2 ˊ）、双连第三电阻（R3 ˊ）的另一端依次接双连转换开关（Kˊ）的三个静触端，双连转换开关（Kˊ）的共用动触端接地，可变电容（C）的另一极接转换开关（K）的共用动触端，转换开关（K）的三个静触端依次接第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3），第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）的另一端并联后与稳压二极管（D）的阴极、第二三极管（G2）的集电极、第五电阻（R5）、第八电阻（R8）并联，稳压二极管（D）的阳极与第七电阻（R7）串联后和第一三极管（G1）发射极、第五电阻（R5）另一端、第六电阻（R6）并联，此接点为数字显示器接入端（B），第六电阻（R6）另一端接地，第八电阻（R8）的另一端与可变电阻（R9）串联后接地，可变电阻（R9）的动触端为电路输出端（A）。
2.根据权利要求1所述机械波波动实验及教学演示仪中，所述读数挂杆(9)，读数挂杆(9)后半部中央开有螺孔(10)，读数挂杆(9)的前半部开有标识槽盒卡槽（25），凸字形透明读数标识槽盒(24)卡装在标识槽盒卡槽(25)中，在凸字形透明读数标识槽盒(24)的前、后面中间沿纵向刻有读数标识线(241)，凸字形透明读数标识槽盒(24)用硬质、不易破碎的透明材料制作。
3.根据权利要求1所述机械波波动实验及教学演示仪中，所述固定件(8)由小螺栓(81)、顶端中央有螺孔的凹形支架(82)和顶块(83)组成,顶端中央有螺孔的凹形支架(82)焊接在打点记时器(6)振片的末端，顶块(83)置于顶端中央有螺孔的凹形支架(82)与打点记时器(6)振片所围空间之中，小螺栓(81)从顶端中央有螺孔的凹形支架(82)的螺孔中自上而下旋过，顶压在顶块(83)上，顶块(83)采用硬质塑料或胶木制作。
4.根据权利要求1所述机械波波动实验及教学演示仪中，所述支架台(15)是采用金属材料制作的圆缺体，支架台(15)台面上刻有垂直刻画线(14)，支架台(15)底面与缺面交集处的两端开有压卡(13)卡槽，支架台(15)固定支架杆(19)顶端。
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