CN112309208B - 一种单自由度振动及其共振演示教具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单自由度振动及其共振演示教具，包括位移测量架，位移测量架包括底板和顶板，底板和顶板之间连接有左侧板、右侧板和背板，底板上设有单自由度振子组合架，单自由度振子组合架包括底座，底座上插接竖条一端，竖条另一端连接质量块，质量块顶部连接位移指针，位移指针指向背板。本发明一种单自由度振动及其共振演示教具，结构及操作简单，成本低廉，携带方便，演示效果直观。

Description

一种单自由度振动及其共振演示教具
技术领域
本发明属于结构动力学振动演示教具技术领域，涉及一种单自由度振动及其共振演示教具。
背景技术
在结构动力学的教学过程中，学生往往对抽象的力学名词的理解，对一些振动现象的力学实质的表达感到吃力。已有的一些教具往往由于制作复杂或者体积较大而很少在教学过程中使用。
通过一种单自由度振动及其共振演示教具可以直观的将单自由度振动状态、共振现象和单自由度振子自振频率计算过程进行演示，有助于学生理解和掌握力学概念，并学会用力学公式来对振动现象进行定量的分析、计算。
发明内容
本发明的目的是提供一种单自由度振动及其共振演示教具，具有结构及操作简单，教具轻便易携带的特点。
本发明所采用的技术方案是，一种单自由度振动及其共振演示教具，包括位移测量架，位移测量架包括底板和顶板，底板和顶板之间连接有左侧板、右侧板和背板，底板上设有单自由度振子组合架，单自由度振子组合架包括底座和单自由度振子，单自由度振子包括一端插接于底座上的竖条，竖条另一端连接质量块，质量块顶部连接位移指针，位移指针指向背板。
本发明的特点还在于：
竖条与质量块插接，竖条穿过质量块的重心。
质量块顶部还连接附加质量块，附加质量块的重心与竖条共线。
背板上设有位移刻度尺，位移刻度尺与竖条在背板上的投影垂直且与位移指针的位置相对应。
竖条为弹性竖条。
底座上间隔相同距离设有3个单自由度振子，3个单自由度振子高度依次降低。
本发明的有益效果是：本发明一种单自由度振动及其共振演示教具，结构及操作简单，成本低廉，携带方便，演示效果直观。
附图说明
图1是本发明一种单自由度振动及其共振演示教具的结构示意图；
图2是本发明一种单自由度振动及其共振演示教具中单自由度振子组合架的主视图；
图3是本发明一种单自由度振动及其共振演示教具中单自由度振子组合架的③～①的侧视图。
图中，1.底座，2.竖条，3.质量块，4.位移指针，5.附加质量块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种单自由度振动及其共振演示教具，如图1-3所示，包括位移测量架，位移测量架包括底板和顶板，底板和顶板之间连接有左侧板、右侧板和背板，底板上设有单自由度振子组合架，单自由度振子组合架包括底座1和3个单自由度振子，每个单自由度振子包括竖条2、质量块3、位移指针4和附加质量块5；竖条2一端插接于底座1上，另一端连接质量块3，质量块3顶部连接位移指针4，位移指针4指向背板；竖条2与质量块3插接，竖条2穿过质量块3的重心；背板上设有位移刻度尺及单自由度振子自振频率计算公式和相应的计算表格，位移刻度尺与竖条2在背板上的投影垂直且与位移指针4的位置相对应；
质量块3顶部还连接附加质量块5，附加质量块5的重心与竖条2共线；
竖条2为弹性竖条。
实施例
竖条为弹性竖条，选择废弃锯条；
底座预先锯开可插竖条的缝隙，预先锯开的缝隙需保证竖直，竖条插入后与底座用哥俩好粘结牢固；底座材料选择木板。
质量块预先锯开可插竖条的缝隙，预先锯开的缝隙需保证竖直，且通过质量块的重心，竖条插入后与质量块用502粘结牢固；质量块材料选择有机玻璃块；
位移指针水平向垂直于质量块，与质量块用502粘结牢固；材料选择牙签；
附加质量块重心、质量块重心和竖条在竖向共线，与质量块用502粘结牢固；材料选择废旧电池，废旧电池与牙签平行设置；
位移测量架的背板上的位移刻度尺、计算公式和表格采用电脑打印，可打印于普通A4纸打印后裁剪下来，再黏贴于位移测量背板，测量背板材料可选择废旧包装盒；
位移测量架背板上的三个位移刻度尺分别对应①、②、③振子，与各振子顶部的位移指针同高度；
位移测量背板上的计算公式为单自由度振子自振频率理论计算公式，
Figure BDA0002781852090000041
式中：Δs为振子在重力下的位移，单位为m；g为重力加速度，单位m/s^2；
位移测量背板上的计算表格包含四列：振子编号、重力下位移、自振频率、每分钟拍数。
本发明一种单自由度振动及其共振演示教具，其工作过程如下：将本发明教具由初始状态沿顺时针旋转90°，读取各振子在重力作用下的位移，带入计算公式得到各振子的自振频率，进而算出各振子每分钟的拍数，然后将各数值填入表格。
计算得到的各振子每分钟拍数，可用节拍器APP逐一验证。给振子一个初始位移后释放，让其自由振动，然后打开手机节拍器APP，输入计算所得对应节拍数，可见节拍器显示与振子振动同频。
给予底座与振子同频的振动即可清晰看到共振现象。手动按某一振子的节拍摆动教具底座，发现对应振子的振动幅度增大，发生共振现象。而其余两个振子的振动减弱。
本发明一种单自由度振动及其共振演示教具，优点在于：制作及操作简单，成本低廉，携带方便，演示效果直观。

Claims (1)

1.一种单自由度振动及其共振演示教具，其特征在于，包括位移测量架，所述位移测量架包括底板和顶板，所述底板和顶板之间连接有左侧板、右侧板和背板，所述底板上设有单自由度振子组合架，所述单自由度振子组合架包括底座（1）和单自由度振子，所述单自由度振子包括一端插接于底座（1）上的竖条（2），所述竖条（2）另一端连接质量块（3），所述质量块（3）顶部连接位移指针（4），所述位移指针（4）指向背板；
所述竖条（2）与质量块（3）插接，所述竖条（2）穿过质量块（3）的重心；
所述质量块（3）顶部还连接附加质量块（5），所述附加质量块（5）的重心与竖条（2）共线；
所述底座（1）上间隔相同距离设有3个单自由度振子，所述3个单自由度振子高度依次降低；
所述背板上设有位移刻度尺，所述位移刻度尺与竖条（2）在背板上的投影垂直且与位移指针（4）的位置相对应；
所述竖条（2）为弹性竖条。
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