CN206331697U - 一种双音叉共振演示仪 - Google Patents

Abstract

一种双音叉共振演示仪，属于物理教具，包括透明箱、可旋转底座、小型音频发生器、左声道内置扩音器式音箱、右声道内置扩音器式音箱、左侧音叉、左侧小镜片、右侧音叉、右侧小镜片、烟雾器、红光激光笔、绿光激光笔、左侧反光镜、右侧反光镜等。该教具采用视觉暂留原理和多级光放大原理，可以通过红光和绿光激光光线分别演示两个音叉共振现象，实验原理和方法巧妙，实验现象直观明显，体现了教具的科学性、教学性及探究性及趣味性。

Description

一种双音叉共振演示仪

技术领域

本实用新型公开了一种双音叉共振演示仪，涉及一种通过红光和绿光激光光线分别演示两个音叉共振现象的实验仪器，属于物理教具。

背景技术

在物理教学中，教师一般用两个音叉来演示共振实验，即共鸣实验。音叉是呈“Y”形的钢质或铝合金发声器，各种音叉可因其质量和叉臂长短、粗细不同而在振动时发出不同频率的纯音。实验时，取两个固有频率相同的音叉a和b并让其共鸣箱口对口放置，敲击音叉a使它发声，过一会儿用手按住音叉a使其停止发声，此时可以听到没有被敲击的音叉b也发出了声音。该常规实验方案存在许多不足：(1)由于驱动用音叉所发声音的响度不够，实验现象不够明显；(2)由于音叉振动损耗明显，导致音叉振动时间短，不能持续共鸣；(3)驱动用音叉发出的声音频率不能调节；(4)音叉振动幅度小，不易直接观察；(5)只有一个音叉发生共振，没有同时用另一个固有频率不同的音叉作对照。

发明内容

为了解决上述不足，可利用多级光放大及视觉暂留原理，设计一种通过红光和绿光激光光线分别演示两个音叉共振现象的实验仪器。

本实用新型采用如下技术方案：一种双音叉共振演示仪，包括透明箱、可旋转底座、小型音频发生器、左声道内置扩音器式音箱、右声道内置扩音器式音箱、左侧音叉、左侧小镜片、右侧音叉、右侧小镜片、烟雾器、红光激光笔、绿光激光笔、左侧反光镜、右侧反光镜等，具体特征如下：透明箱具体包括透明箱本体、伸手操作用椭圆孔及黑纸等，所述透明箱本体采用轻便透明的有机玻璃材料；所述黑纸粘贴在透明箱后侧面内壁作为黑色背景，让激光光线显示更加清晰；所述伸手操作用椭圆孔有两个，分别设在左、右两侧靠近底部位置，方便对透明箱内的器件进行操作。透明箱内分别固定摆放有一个小型音频发生器、两个内置扩音器式音箱、两个音叉及一个烟雾器等器件，左侧面内壁固定有左侧反光镜和红光激光笔，右侧面内壁固定有右侧反光镜和绿光激光笔。可旋转底座装在透明箱底部，可以用来旋转透明箱，方便调整观察角度。小型音频发生器具体包括音频发生器本体、开关、粗调频率旋钮、细调频率旋钮、数字显示屏及输出接口等，可以产生频率为0-1000Hz的电信号并分别输送给左声道内置扩音器式音箱和右声道内置扩音器式音箱。左声道内置扩音器式音箱正对左侧音叉的共鸣箱，右声道内置扩音器式音箱正对右侧音叉的共鸣箱，每个内置扩音器式音箱均具体包括音箱本体、内置扩音器、音箱开关、音量调节旋钮及音箱接线等。左侧音叉和右侧音叉均包括共鸣箱、叉股和调频件，调节调频件的位置可以改变音叉的固有频率。左侧小镜片贴在左侧音叉叉股上，可随左侧音叉的叉股一起振动；右侧小镜片贴在左侧音叉叉股上，可随右侧音叉的叉股一起振动。红光激光笔固定在透明箱左侧面内壁靠近底部位置，可自由调整其角度，让其发出的“红光激光光线”可射到左侧小镜片并被反射到左侧反光镜上，接着在左侧反光镜和右侧反光镜之间来回多次反射；绿光激光笔固定在透明箱右侧面内壁靠近底部位置，可自由调整其角度，让其发出的“绿光激光光线”可射到右侧小镜片并被反射到右侧反光镜上，接着也在左侧反光镜和右侧反光镜之间来回多次反射。烟雾器的烟盒内装有烟饼，点燃后可以产生少量的烟，可以显现激光的光迹。

本实用新型的原理具体说明如下：实验时，小型音频发生器能产生一定频率的电信号并分别输送给左声道内置扩音器式音箱和右声道内置扩音器式音箱，两个音箱会同时发出相应频率的声音，左侧音叉和右侧音叉在该频率声音的作用下同时各自作受迫振动，当声音的频率等于音叉的固有频率时满足共振条件，此时音叉叉股振动最明显。对于左侧音叉，由于音叉叉股来回振动，红光激光笔发出的“红光激光光线”经过左侧小镜片反射后会上下快速摆动，由于视觉暂留原理会在烟雾器产生的烟中显现出一个“红光激光亮区”的光迹，接着在左侧反光镜和右侧反光镜之间来回反射多次，“红光激光光线”上下摆动的幅度会越来越大，“红光激光亮区”的个数会越来越多且面积会越来越大。同理，右侧音叉和右侧小镜片的振动使“绿光激光光线”上下快速摆动而显现出多个“绿光激光亮区”的光迹，“绿光激光光线”在左侧反光镜和右侧反光镜之间反射次数越多，上下摆动的幅度会越来越大，“绿光激光亮区”的个数会越来越多且面积会越来越大，实验现象直观明显。可见，虽然本发明中两个音叉振动快且振幅小而不易观察，但是只要“红光激光光线”或“绿光激光光线”反射次数足够多，就能在透明箱有限的空间里使“红光激光亮区”或“绿光激光亮区”的面积足够大而容易被观察到。

附图说明

图1是本实用新型整体结构及两个音叉均未共振时的正视效果图；

图2是图1中透明箱及烟雾器的立体示意图；

图3是图1中小型音频发生器及两个音箱的放大示意图；

图4是图1中两个音叉的放大示意图；

图5是本实用新型工作原理的流程示意图；

图6是左侧音叉共振时的正视效果图；

图7是右侧音叉共振时的正视效果图；

图8是两个音叉同时共振时的正视效果图。

图中：1.透明箱，具体涉及1a.透明箱本体、1b.伸手操作用椭圆孔及1c.黑纸；2.可旋转底座；3.小型音频发生器，具体涉及3a.音频发生器本体、3b.开关、3c.粗调频率旋钮、3d.细调频率旋钮、3e.数字显示屏及3f.输出接口；4.左声道内置扩音器式音箱，具体涉及4a.左声道音箱本体、4b.内置扩音器、4c.开关、4d.音量调节旋钮及4e.音箱接线；5.右声道内置扩音器式音箱，具体涉及5a.右声道音箱本体、5b.内置扩音器、5c.开关、5d.音量调节旋钮及5e.音箱接线；6.左侧音叉，具体涉及6a.共鸣箱、6b.叉股及6c.调频件；7.左侧小镜片；8.右侧音叉，具体涉及8a.共鸣箱、8b.叉股及8c.调频件；9.右侧小镜片；10.烟雾器，具体涉及10a.烟盒、10b.烟饼及10c.烟；11.红光激光笔；12.绿光激光笔；13.左侧反光镜；14.右侧反光镜；15.红光激光光迹，具体涉及15a.“红光激光光线”和15b.“红光激光亮区”；16.绿光激光光迹，具体涉及16a.“绿光激光光线”和16b.“绿光激光亮区”。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种双音叉共振演示仪，包括透明箱(1)、可旋转底座(2)、小型音频发生器(3)、左声道内置扩音器式音箱(4)、右声道内置扩音器式音箱(5)、左侧音叉(6)、左侧小镜片(7)、右侧音叉(8)、右侧小镜片(9)、烟雾器(10)、红光激光笔(11)、绿光激光笔(12)、左侧反光镜(13)、右侧反光镜(14)等，具体特征如下：

结合图1-图4，透明箱(1)具体包括透明箱本体(1a)、伸手操作用椭圆孔(1b)及黑纸(1c)等，所述透明箱本体(1a)采用轻便透明的有机玻璃材料；所述黑纸(1c)粘贴在透明箱后侧面内壁作为黑色背景，让激光光线显示更加清晰；所述伸手操作用椭圆孔(1b)有两个，分别设在左、右两侧靠近底部位置，方便对透明箱内的器件进行操作。透明箱(1)内分别固定摆放有一个小型音频发生器(3)、两个内置扩音器式音箱(4、5)、两个音叉(6、8)及一个烟雾器(10)等器件，左侧面内壁固定有左侧反光镜(13)和红光激光笔(11)，右侧面内壁固定有右侧反光镜(14)和绿光激光笔(12)。可旋转底座(2)装在透明箱(1)底部，可以用来旋转透明箱，方便调整观察角度。小型音频发生器(3)具体包括音频发生器本体(3a)、开关(3b)、粗调频率旋钮(3c)、细调频率旋钮(3d)、数字显示屏(3e)及输出接口(3f)等，可以产生频率为0-1000Hz的电信号并分别输送给左声道内置扩音器式音箱(4)和右声道内置扩音器式音箱(5)。左声道内置扩音器式音箱(4)正对左侧音叉(6)的共鸣箱(6a)，右声道内置扩音器式音箱(5)正对右侧音叉(8)的共鸣箱(8a)，每个内置扩音器式音箱(4、5)均具体包括音箱本体(4a、5a)、内置扩音器(4b、5b)、音箱开关(4c、5c)、音量调节旋钮(4d、5d)及音箱接线(4e、5e)等。左侧音叉(6)和右侧音叉(8)均包括共鸣箱(6a、8a)、叉股(6b、8b)和调频件(6c、8c)，调节调频件(6c、8c)的位置可以改变音叉(6、8)的固有频率。左侧小镜片(7)贴在左侧音叉叉股(6b)上，可随左侧音叉的叉股(6b)一起振动；右侧小镜片(9)贴在左侧音叉叉股(8b)上，可随右侧音叉的叉股(8b)一起振动。红光激光笔(11)固定在透明箱(1)左侧面内壁靠近底部位置，可自由调整其角度，让其发出的“红光激光光线”(15a)可射到左侧小镜片(7)并被反射到左侧反光镜(13)上，接着在左侧反光镜(13)和右侧反光镜(14)之间来回多次反射；绿光激光笔(12)固定在透明箱(1)右侧面内壁靠近底部位置，可自由调整其角度，让其发出的“绿光激光光线”(16a)可射到右侧小镜片(9)并被反射到右侧反光镜(14)上，接着也在左侧反光镜(13)和右侧反光镜(14)之间来回多次反射。烟雾器(10)的烟盒(10a)内装有烟饼(10b)，点燃后可以产生少量的烟(10c)，可以显现激光的光迹(15、16)。

结合图5-图8，本实用新型的原理具体说明如下：实验时，小型音频发生器(3)能产生一定频率的电信号并分别输送给左声道内置扩音器式音箱(4)和右声道内置扩音器式音箱(5)，两个音箱(4、5)会同时发出相应频率的声音，左侧音叉(6)和右侧音叉(8)在该频率声音的作用下同时各自作受迫振动，当声音的频率等于音叉(6、8)的固有频率时满足共振条件，此时音叉叉股(6b、8b)振动最明显。对于左侧音叉(6)，由于音叉叉股(6b)来回振动，红光激光笔(11)发出的“红光激光光线(15a)”经过左侧小镜片(7)反射后会上下快速摆动，由于视觉暂留原理会在烟雾器(10)产生的烟(10c)中显现出一个“红光激光亮区(15b)”的光迹，接着在左侧反光镜(13)和右侧反光镜(14)之间来回反射多次，“红光激光光线(15a)”上下摆动的幅度会越来越大，“红光激光亮区(15b)”的个数会越来越多且面积会越来越大。同理，右侧音叉(8)和右侧小镜片(9)的振动使“绿光激光光线(16a)”上下快速摆动而显现出多个“绿光激光亮区(16b)”的光迹，“绿光激光光线(16a)”在左侧反光镜(13)和右侧反光镜(14)之间反射次数越多，上下摆动的幅度会越来越大，“绿光激光亮区(16b)”的个数会越来越多且面积会越来越大，实验现象直观明显。可见，虽然本发明中两个音叉振动快且振幅小而不易观察，但是只要“红光激光光线(15a)”或“绿光激光光线(16a)”反射次数足够多，就能在透明箱(1)有限的空间里使“红光激光亮区(15b)”或“绿光激光亮区(16b)”的面积足够大而容易被观察到。

以选用两个固有频率可调到400Hz及440Hz的音叉(6、8)为例，本教具的使用方法如下：

(1)演示两音叉(6、8)均未共振时的现象

结合图1-图4，实验时，根据要求固定好各器件，点燃烟雾器(10)中的烟饼(10b)使之发出少量烟(10c)并扩散到整个透明箱(1)，打开两个激光笔(11、12)电源，再通过左侧音叉(6)的调频件(6c)将其固有频率调为400Hz，通过右侧音叉(8)的调频件(8c)将其固有频率调为440Hz。接着，让小型音频发生器(3)发出一定频率的电信号使两个内置扩音器式音箱(4、5)发出声音，通过小型音频发生器(3)的粗调频率旋钮(3c)将声音频率从0增大到100Hz。由于两个音箱(4、5)发出的声音频率与两个音叉(6、8)的固有频率均相差较大，两个音叉(6、8)均未发生明显的振动，此时，在透明箱(1)中只显现多条相互来回交叉的“红光激光光线(15a)”和“绿光激光光线(16a)”，尚未显现“红光激光亮区(15b)”和“绿光激光亮区(16b)”。

(2)演示只有左侧音叉(6)共振时的现象

结合图3和图6，接着，通过小型音频发生器(3)的粗调频率旋钮(3c)将声音频率从100Hz增大到400Hz，再用细调频率旋钮(3d)将声音频率在399Hz到401Hz之间进行微调，让固有频率为400Hz的左侧音叉(6)发生共振而有明显的振动，而让固有频率为440Hz的右侧音叉(8)没有发生明显振动。此时，在透明箱(1)中显现的多条“红光激光光线(15a)”变为多个面积依次越来越大的“红光激光亮区(15b)”，但尚未显现“绿光激光亮区(16b)”，还只显现多条“绿光激光光线(16a)”。

(3)演示只有右侧音叉(8)共振时的现象

结合图3和图7，接着，通过小型音频发生器(3)的粗调频率旋钮(3c)将声音频率从400Hz增大到440Hz，再用细调频率旋钮(3d)将声音频率在439Hz到441Hz之间进行微调，让固有频率为440Hz的右侧音叉(8)发生共振而有明显的振动，而让固有频率为400Hz的左侧音叉(6)没有发生明显振动。此时，在透明箱(1)中显现的多条“绿光激光光线(16a)”变为多个面积依次越来越大的“绿光激光亮区(16b)”，而原来已经显现的多个“红光激光亮区(15b)”再变回为多条“红光激光光线(15a)”。

(4)演示两音叉(6、8)同时共振时的现象

结合图3和图8，如果两个音叉(6、8)的固有频率不同，不会出现同时共振的现象；如果两个音叉(6、8)的固有频率相同，可以出现同时共振的现象。实验时，分别通过各自的调频件(6c、8c)将两音叉(6、8))的固有频率均调为440Hz，再用细调频率旋钮(3d)将声音频率在439Hz到441Hz之间进行微调，左侧音叉(6)和右侧音叉(8)同时发生共振而有明显的振动。此时，在透明箱(1)中同时显现多个相互来回交叉的“红光激光亮区(15b)”和“绿光激光亮区(16b)”，实验现象明显直观。

可见，该实用新型作为一种双音叉共振演示仪，采用接小型音频发生器的音箱驱动音叉共振达到了共振明显且持续共振的目的；采用视觉暂留原理和多级光放大原理解决了音叉振动快且振幅小而不易直接观察的问题；采用两个音叉和两种光色的激光笔，对比实验现象明显直观。总之，该教具可以通过红光和绿光激光光线分别演示两个音叉共振现象，实验原理和方法巧妙，实验现象直观明显，体现了教具的科学性、教学性及探究性及趣味性。

Claims (9)

1.一种双音叉共振演示仪，包括透明箱(1)、可旋转底座(2)、小型音频发生器(3)、左声道内置扩音器式音箱(4)、右声道内置扩音器式音箱(5)、左侧音叉(6)、左侧小镜片(7)、右侧音叉(8)、右侧小镜片(9)、烟雾器(10)、红光激光笔(11)、绿光激光笔(12)、左侧反光镜(13)、右侧反光镜(14)，其特征是：可旋转底座(2)装在透明箱(1)底部，透明箱(1)内分别固定摆放有一个小型音频发生器(3)、两个内置扩音器式音箱(4、5)、两个音叉(6、8)及一个烟雾器(10)，左侧面内壁固定有左侧反光镜(13)和红光激光笔(11)，右侧面内壁固定有右侧反光镜(14)和绿光激光笔(12)，左侧小镜片(7)贴在左侧音叉(6)上，右侧小镜片(9)贴在右侧音叉(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：透明箱(1)具体包括透明箱本体(1a)、伸手操作用椭圆孔(1b)及黑纸(1c)，所述透明箱本体(1a)采用轻便透明的有机玻璃材料；所述黑纸(1c)粘贴在透明箱后侧面内壁作为黑色背景，让激光光线显示更加清晰；所述伸手操作用椭圆孔(1b)有两个，分别设在左、右两侧靠近底部位置，方便对透明箱内的器件进行操作。

3.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：可旋转底座(2)装在透明箱(1)底部，可以用来旋转透明箱，方便调整观察角度。

4.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：小型音频发生器(3)具体包括音频发生器本体(3a)、开关(3b)、粗调频率旋钮(3c)、细调频率旋钮(3d)、数字显示屏(3e)及输出接口(3f)，可以产生频率为0-1000Hz的电信号并分别输送给左声道内置扩音器式音箱(4)和右声道内置扩音器式音箱(5)。

5.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：左声道内置扩音器式音箱(4)正对左侧音叉(6)的共鸣箱(6a)，右声道内置扩音器式音箱(5)正对右侧音叉(8)的共鸣箱(8a)，每个内置扩音器式音箱(4、5)均具体包括音箱本体(4a、5a)、内置扩音器(4b、5b)、音箱开关(4c、5c)、音量调节旋钮(4d、5d)及音箱接线(4e、5e)。

6.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：左侧音叉(6)和右侧音叉(8)均包括共鸣箱(6a、8a)、叉股(6b、8b)和调频件(6c、8c)，调节调频件(6c、8c)的位置可以改变音叉(6、8)的固有频率。

7.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：左侧小镜片(7)贴在左侧音叉叉股(6b)上，可随左侧音叉的叉股(6b)一起振动；右侧小镜片(9)贴在右侧音叉叉股(8b) 上，可随右侧音叉的叉股(8b)一起振动。

8.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：红光激光笔(11)固定在透明箱(1)左侧面内壁靠近底部位置，可自由调整其角度，让其发出的“红光激光光线”(15a)可射到左侧小镜片(7)并被反射到左侧反光镜(13)上，接着在左侧反光镜(13)和右侧反光镜(14)之间来回多次反射；绿光激光笔(12)固定在透明箱(1)右侧面内壁靠近底部位置，可自由调整其角度，让其发出的“绿光激光光线”(16a)可射到右侧小镜片(9)并被反射到右侧反光镜(14)上，接着也在左侧反光镜(13)和右侧反光镜(14)之间来回多次反射。

9.根据权利要求1所述的一种双音叉共振演示仪，其特征是：烟雾器(10)的烟盒(10a)内装有烟饼(10b)，点燃后可以产生少量的烟(10c)，可以显现激光的光迹(15、16)。