CN210181883U - 一种用于探究受迫振动与共振现象的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，包括：包括音频信号发生器、功放集成模块、扬声器以及以及金属片；其中，所述音频信号发生器与所述功放集成模块相连，用以提供不同频率的音频；所述扬声器用以发声振动，产生不同频率的振源；所述金属片用以根据所述扬声器提供的不同频率的振源做振动。本实用新型通过利用音频信号发生器提供音频，再通过功放集成模块把音频功率放大，最后使得扬声器发声振动，由于音频信号发生器所提供的音频的频率可以控制，使得所述扬声器产生的振源的频率也可以控制，因此在观察到受迫振动的物体发生共振时，能够有力的证明驱动力的频率与固有频率相等。
Description
技术领域
本实用新型涉及受迫振动与共振技术领域，具体而言，涉及一种用于探究受迫振动与共振现象的实验装置。
背景技术
受迫振动与共振现象在生产生活中经常会见到,比如乐器的共鸣箱、特定声音震碎玻璃杯、跳板跳水运动员起跳时跳板的振动等等，这是利用共振的；也有必须防止共振的，比如各种机器的基座、大部队不能齐步走过桥梁、台北101大厦设计的阻尼球等等，因此《受迫振动与共振现象》这一知识点是高中物理教学中的重要内容。但目前在高中物理教材受迫振动的仪器不是非常有用，它由曲轴和垂直悬挂钩码弹簧的曲柄组成。当曲柄以恒定速度振荡，周期性向上和向下的力作用在弹簧振荡器，导致它做受迫振动。原理虽然简单，但操作起来困难：弹簧振子并不顺从地上下振动，而是前后左右乱蹦乱跳；即便是采用了同步电机带动双弹簧振子的装置。相关文献研究表明：该实验装置保证了驱动力的周期性和力度的均匀性，有效地缩短了暂态过程，但仍然存在一些不足。首先，电机的转速是未知的，施加给弹簧振子的驱动力的频率就是未确定的值，要想观察到受迫振动的物体发生共振时，驱动力的频率与固有频率相等是有所牵强的；其次，由于弹簧振子振动速度较快，它不能准确地测量幅度。目前有些改进装置尽管可以通过换算得出具体的驱动力频率，此类问题在一定程度上得到缓解，但操作过程未免有些繁琐。这一驱动力传递过程可视性不强，除少数坐在前排学生可看到外,其他学生很难看清楚。
发明内容
鉴于此，本实用新型提出了一种用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，旨在解决现有的在探究受迫振动与共振现象的实验中，由于电机的转速未知，致使驱动力的频率也不确定问题。
一个方面，本实用新型提出了一种用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，包括音频信号发生器、功放集成模块、扬声器以及金属片；其中，
所述音频信号发生器与所述功放集成模块相连，用以提供不同频率的音频；
所述功放集成模块与所述扬声器相连，用以将所述音频信号发生器所发出的音频功率放大；
所述扬声器用以发声振动，产生不同频率的振源；
所述金属片通过支架与所述扬声器相连，用以通过所述扬声器提供的不同频率的振源做振动。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述音频信号发生器插头接线焊接在所述功放集成模块的音频输入端口上。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述音频信号发生器界面所展示的图通过投影出现在大屏幕上。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述功放集成模块包括：外壳、信号发生器、示波器以及音频功率放大电路模块；其中，
所述外壳包括底座和顶盘，用以起支撑作用；
所述音频功率放大电路模块设置在所述底座内，其设置有与所述音频信号发生器插头接线焊接的音频输入端口，用以将所述音频信号发生器所发出的音频功率放大；
所述信号发生器与所述音频功率放大电路模块相连，用以产生被测电路所需的电测试信号；
所述示波器与所述信号发生器相连，用以将所述信号发生器提供的电信号变换成图像。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述音频功率放大电路模块包括音频功率放大电路，所述音频功率放大电路为LM4766。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述音频功率放大电路模块设置在所述底座内部。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述顶盘内部设有与其内部侧壁连接的凸台。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述扬声器通过螺丝钉与所述凸台连接。
进一步地，上述用于探究受迫振动与共振现象的实验装置中，所述金属片通过JQ2118塑料胶粘接在所述支架上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，通过利用音频信号发生器提供音频，再通过功放集成模块把音频功率放大，最后使得扬声器发声振动，由于音频信号发生器所提供的音频的频率可以控制，使得所述扬声器产生的振源的频率也可以控制，因此在观察到受迫振动的物体发生共振时，能够有力的证明驱动力的频率与固有频率相等。
进一步地，本实用新型通过将所述音频信号发生器界面所展示的图通过投影出现在大屏幕上，使得所有学生都能够直接观察所述音频信号的变化。
进一步地，本实用新型通过将所述音频功率放大电路采用LM4766，由于其推动力强,音色丰厚、柔和耐听，所以用它推动扬声器，可以有效地避免音色容易出现失真等问题，从而保证输入标准的正玄波信号时，输出的正玄波信号不失真，满足扬声器作简谐振动的要求；又因为LM4766双声道的内部都具有独立的静音电路，并且通过两个引脚的导线引出，所以其能够断开LM4766的信号输入，使内部的功放无任何信号输出，这两个引脚以一定方式连接后，就能够消除开机过程当中的冲击。
进一步地，本实用新型通过示波器观察功放集成模块的输出波形，能够避免输出波形切割失真，当输出波形不切割失真时，观察波形幅度，以幅度最大为准，记录下此时的音量输出大小。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实用新型实施例提供的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的底座的仰视图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
参阅图1所示，为本实用新型实施例的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置的结构示意图，其包括：大屏幕10、音频信号发生器7、功放集成模块、扬声器3、金属片2以及连接线11；其中，所述音频信号发生器7与所述功放集成模块通过所述连接线11相连，用以提供不同频率的音频；所述功放集成模块与所述扬声器3通过所述连接线11相连，用以将所述音频信号发生器7所发出的音频功率放大；所述扬声器3用以发声振动，产生不同频率的振源；所述金属片2通过支架1与所述扬声器3相连，用以通过所述扬声器3提供的不同频率的振源做振动；所述大屏幕10用以通过投影将所述音频信号发生器7界面所出现的图展示给学生。可以理解的是，本实施例中不限定所述音频信号发生器7的种类，其可以为装有音频信号发生器APP的手机、装有音频信号发生器APP的电脑等各种电子设备，只需其能够下载音频信号发生器APP，使得其所发出的音频频率可以控制即可。
结合图1和图2所示，所述功放集成模块包括：外壳6、信号发生器8、示波器9以及音频功率放大电路模块；其中，所述外壳6包括底座62和顶盘61，用以起支撑作用；所述音频功率放大电路模块设置在所述底座62内，其设置有与所述音频信号发生器7插头接线焊接的音频输入端口，用以将所述音频信号发生器7所发出的音频功率放大；所述信号发生器8与所述音频功率放大电路模块相连，用以产生被测电路所需的电测试信号；所述示波器9与所述信号发生器8相连，用以将所述信号发生器8提供的电信号变换成图像，能够直观的展示功放集成模块的输出波形。可以理解的是，本实施例中不限定所述底座62和顶盘61的形状，只需其两者有足够的空间能够分别容纳音频功率放大电路模块、变压器12以及扬声器3即可。
继续参阅图1和图2所示，所述音频功率放大电路模块包括音频功率放大电路和变压器12，所述音频功率放大电路为LM4766(13)，其推动力强,音色丰厚、柔和耐听，用其推动扬声器3，可以有效地避免音色容易出现失真等问题，所述变压器12为36V带中间抽头的变压器，用以采用全波整流滤波产生正负18伏直流电压。可以理解的是，本实施例中不具体限定所述LM4766(13)与所述变压器12的具体位置，只需其设置在所述底座62内部即可。
具体而言，所述顶盘61内部设有设置在其内部侧壁的凸台5，所述扬声器3通过螺丝钉4与所述凸台5连接，其上部连接所述支架1，所述支架1上通过JQ2118塑料胶粘接有四根所述金属片2，4根所述金属片2的厚度与宽度分别为0.25mm和2cm，类型以及长度由下到上分别为：铜片24为18cm、锌铁片23为18cm、铜片22为15cm、锌铁片21为15cm。可以理解的是，可以不限定所述金属片2是通过什么物质连接在所述支架1上的，也不具体限定所述支架1与所述扬声器3的连接关系，只需其两两之间能够相互连接即可。
本实施例用于探究受迫振动与共振现象的实验装置的工作过程为：将所述音频信号发生器7用连接线11与所述LM4766(13)连接，打开所述音频信号发生器7，将所述音频信号发生器7界面所展示的图通过投影出现在大屏幕10上，调整输出音量大小，金属片2便开始振动，通过调节音量的大小，控制所述振源的频率，从而观察所述金属片2的振动情况。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，通过利用音频信号发生器7提供音频，再通过功放集成模块把音频功率放大，最后使得扬声器3发声振动，由于音频信号发生器7所提供的音频的频率可以控制，使得所述扬声器3产生的振源的频率也可以控制，因此在观察到受迫振动的物体发生共振时，能够有力的证明驱动力的频率与固有频率相等。
进一步地，本实用新型通过将所述音频信号发生器7界面所展示的图通过投影出现在大屏幕10上，使得所有学生都能够直观所述音频信号的变化。
进一步地，本实用新型通过将所述音频功率放大电路采用LM4766(13)，由于其推动力强,音色丰厚、柔和耐听，所以用它推动扬声器3，可以有效地避免音色容易出现失真等问题，从而保证输入标准的正玄波信号时，输出的正玄波信号不失真，满足扬声器3作简谐振动的要求；又因为LM4766(13)双声道的内部都具有独立的静音电路，并且通过两个引脚的导线引出，所以其能够断开LM4766的信号输入，使内部的功放无任何信号输出，这两个引脚以一定方式连接后，就能够消除开机过程当中的冲击。
进一步地，本实用新型通过示波器9观察功放集成模块的输出波形，能够避免输出波形切割失真，当输出波形不切割失真时，观察波形幅度，以幅度最大为准，记录下此时的音量输出大小。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，包括音频信号发生器、功放集成模块、扬声器以及金属片；其中，
所述音频信号发生器与所述功放集成模块相连，用以提供不同频率的音频；
所述功放集成模块与所述扬声器相连，用以将所述音频信号发生器所发出的音频功率放大；
所述扬声器用以发声振动，产生不同频率的振源；
所述金属片通过支架与所述扬声器相连，用以通过所述扬声器提供的不同频率的振源做振动。
2.根据权利要求1所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述音频信号发生器插头接线焊接在所述功放集成模块的音频输入端口上。
3.根据权利要求1所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述音频信号发生器界面所展示的图通过投影出现在大屏幕上。
4.根据权利要求1所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述功放集成模块包括：外壳、信号发生器、示波器以及音频功率放大电路模块；其中，
所述外壳包括底座和顶盘，用以起支撑作用；
所述音频功率放大电路模块设置在所述底座内，其设置有与所述音频信号发生器插头接线焊接的音频输入端口，用以将所述音频信号发生器所发出的音频功率放大；
所述信号发生器与所述音频功率放大电路模块相连，用以产生被测电路所需的电测试信号；
所述示波器与所述信号发生器相连，用以将所述信号发生器提供的电信号变换成图像。
5.根据权利要求4所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述音频功率放大电路模块包括音频功率放大电路，所述音频功率放大电路为LM4766。
6.根据权利要求5所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述音频功率放大电路模块设置在所述底座内部。
7.根据权利要求4所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述顶盘内部设有与其内部侧壁连接的凸台。
8.根据权利要求7所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述扬声器通过螺丝钉与所述凸台连接。
9.根据权利要求1所述的用于探究受迫振动与共振现象的实验装置，其特征在于，所述金属片通过JQ2118塑料胶粘接在所述支架上。
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| CN112684200A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-20 | 江苏大学 | 一种应用于海水淡化系统的转速监测仪 |
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2019
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