CN203706515U - 简谐振动演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种简谐振动演示仪，特别是一种用于演示简谐振动、并可以用图形方式显示运动简谐振动轨迹的简谐振动演示仪。本实用新型的简谐振动演示仪由单摆振动演示装置和旋转矢量演示装置组合构成，其中的旋转矢量演示装置由转盘（13）、画图笔（15）、运动臂（12）、固定臂（11）、一端固定于转盘（13）上的另一端套于固定臂（11）上的槽孔内的固定柱（8）、以及固定装置（10）和用于转盘（13）转速计数的光电计数传感器（7）、光电计时及显示器（14）构成。本实用新型可以将各种不同的振动曲线绘制在同一张坐标纸上，从而方便比较、分析、帮助深刻理解简谐振动。

Description

简谐振动演示仪

技术领域

本实用新型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运动简谐振动轨迹的装置。 

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

本实用新型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。具有演示直观、有效、易操作。 

本实用新型的简谐振动演示仪，其中有由单摆架、悬吊于单摆架上的单摆、设置于单摆下的底板、设置于底板之上的光电检测感应计数器、设置于单摆重物内的灯、设置于底板上的坐标纸、用于带动坐标纸运动的拉线、拉线卷轴，以及为设置于单摆重物内的灯供电的电源，此外，本实用新型的简谐振动演示仪中还设有旋转矢量演示装置，旋转矢量演示装置由转盘13、其一端设置有画图笔15的运动臂12、与运动臂12刚性固定的其上带有槽孔的固定臂11、一端固定于转盘13上的另一端套于固定臂11上的 槽孔内的固定柱8、以及用于固定运动臂12并可使运动臂沿其轴向运动的固定装置10和用于转盘13转速计数的光电计数传感器7、光电计时及显示器14构成，，其中的转盘13和拉线卷轴19分别由经减速后的电机传递的扭矩驱动。本实用新型在使用时通过转动卷轴使接线被緾在卷轴上，同时带动坐标纸运动，通过单摆运动，使设置于单摆重物内的灯将灯光投射于坐标纸上，形成直观的简谐运动图形。为使本实用新型的的简谐振动演示仪有更好作用效果，可以将设置于单摆重物内的灯为紫色荧光灯，所用的坐标纸为紫色感光油墨的坐标纸，并且将拉线卷轴用电机带动，这样在进行实验演示时紫色荧光灯可以在紫色感光油墨的坐标纸上产生一段时间内的感光变色的简谐运动曲线的显示。同时，使旋转矢量演示装置转动起来，带动画图笔在坐标纸16上画出振动图线。在这一过程中还可通过光电计数器显示出振动参数，通过调整转盘的运动，可以将各种不同的振动曲线绘制在同一张坐标纸上，从而方便比较、分析、帮助深刻理解简谐振动。 

本实用新型的装置可将单摆形成的简谐振动图线直观地显示出来，能帮助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，同时本实用新型还具有演示效果有效可靠和易操作优点。 

附图说明

附图为本实用新型装置的实施例示意图，其中图1为本实用新型的结构示意图，图2为旋转矢量演示装置的俯视图，图3为图1的右视图，但图中未画出光电计数显示器。图中各标号部件为：单摆架1，荧光灯2，重物3，摆线4，荧光灯电源5，单摆计数光电传感器6，转盘转速光电计数传感器7，固定柱8，驱动轴9，固定装置10，固定臂11，运动臂12，转盘13，光电计时及显示器14，画图笔15，坐标纸16（采用荧光显示的紫色油墨变色纸），底板17，牵引线18，卷轴19，标度盘20。 

具体实施方式

本实用新型以下结合附图解说。

由图1可见，本实用新型实施例的装置有一个单摆架1，在单摆架上用摆线4固定一个重物3形成一个单摆，在重物3内设置一个紫色荧光灯2，并使灯2的光线能投射到底下。用电源5向灯2供电，最简单的方式是将细线与供电线合并形成摆线。单摆下设为固定有一个底板17。底板17上放置有紫色感光油墨的坐标纸16，坐标纸16的一端连接一根拉线18，拉线18的另一端固定于一个卷轴19上，卷轴19用带有减速装置的电机驱动。另外，在底板旁固定一个用于单摆计数的光电传感器6。在本实施例之中，还设置有一个旋转矢量演示装置，参见附图2。这一旋转矢量演示装置是由：转盘13、画图笔15、运动臂12、其上带有槽孔的固定臂11、固定柱8、以及用于固定运动臂12并可使运动13臂沿其轴向运动的固定装置10和用于转盘13转速计数的光电计数传感器7、光电计时及显示器14构成，其中的转盘13用电动机经减速器减速后的扭矩驱动，在转盘13固定有固定是柱8，固定柱8的上端套在一个固定臂11上的槽孔内，固定臂11与固定运动臂12间刚性固定，装置10固定于底座上，在装置10上设置有用于使固定运动臂12穿过其中的孔，这样既可以使运动臂12受到约束，同时又不影响运动臂12沿其轴线左右运动，画图笔15固定于运动臂12伸向坐标纸16的一端上，在转盘13旁设置有用于转盘13转速计数的光电计数传感器7，传感器6和7检测到的数据通过光电计时及显示器14进行显示。 

本实用新型装置中的放置矢量演示装置可将矢量的旋转运动分解为两个矢量，并在相互垂直的坐标轴上的运动，进而描绘出运动图线，得到简谐振动的振动图线；通过光电传感器和计数器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。在转盘13下有一固定不动的刻有相位角度的刻度底盘20(刻度为)，可以实时看到矢量振子即转柱转动中所在的相位角。因此，此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。 

本实用新型在使用时，给灯2和电机供电，使灯2点亮、卷轴19转动拉动牵引线18，使坐标纸16以一定的速度运动。进行实验时，先让摆球3摆动起来，即作简谐运动。当摆线4或重物3运动时遮挡了光电感应计数器6（这一点取决于光电感应计数器6具体设置的高度位置），即对单摆振荡频率进行计数，同时灯2将光线投射到坐标纸16上，因为坐标纸上的油墨的感光变色，就会在紫色感光油墨的坐标纸7上看见简谐运动的运动图线。由于油墨的感光时间有限，实验者可以用笔沿运动图线描画一下，这样便可长期存留分析。使转盘13转动，由于装置10的约束，使固定臂11不能转动、只能在固定柱8的作用下，沿图2的上下进行直线运动，同时带动运动臂12沿其轴向，即附图2的左右方向运动，进而带动画笔15运动，并在运动着的坐标纸16上绘出运动曲线。 

由上所述可见，本仪器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，使整个的实验结果更为清晰的展现于观察者眼前。 

Claims (1)

1.简谐振动演示仪，其中有由单摆架、悬吊于单摆架上的单摆、设置于单摆下的底板、设置于底板之上的光电检测感应计数器、设置于单摆重物内的灯、设置于底板上的坐标纸、用于带动坐标纸运动的拉线、拉线卷轴，以及为设置于单摆重物内的灯供电的电源组成，其特征在于所述的简谐振动演示仪中还设有旋转矢量演示装置，旋转矢量演示装置由：转盘（13）、其一端设置有画图笔（15）的运动臂（12）、与运动臂（12）刚性固定的其上带有槽孔的固定臂(11)、一端固定于转盘（13）上的另一端套于固定臂(11)上的 槽孔内的固定柱 (8)、以及用于固定运动臂（12）并可使运动臂沿其轴向运动的固定装置（10）和用于转盘（13）转速计数的光电计数传感器（7）、光电计时及显示器（14）构成，其中的转盘（13）和拉线卷轴（19）分别由经减速后的电机传递的扭矩驱动。