CN211264730U - 一种声驻波实验演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种声驻波实验演示装置，包含支架、透明驻波管和扬声器；驻波管的一端密闭，另一端开口，驻波管可拆卸安装于支架上，驻波管上沿其长度方向设有透明标尺；扬声器与驻波管的开口一端密闭连接，扬声器和驻波管共同限定出一个密闭腔室，密闭腔室的内部设有防静电泡沫颗粒；扬声器依次连接功率放大器和信号发生器，信号发生器和功率放大器共同连接一个电源。本实用新型的一种声驻波实验演示装置，结构设计合理，体积小，成本低，能够更加便捷地观察驻波形态的宏观演示，增强教学效果，并能广泛应用于教学实验中；本设计同时还支持空气中声速的准确测量和快速演示，一种装置多种用途，提高了设备利用率。

Description

一种声驻波实验演示装置

技术领域

本实用新型涉及教学演示设备技术领域，具体涉及一种声驻波实验演示装置。

背景技术

声波是声音的传播形式，亦是一种机械波。声波由物体(声源)振动产生，其传播的空间称为声场。当频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列声波叠加时，就会形成驻波。

但是，驻波不是波，其是由振幅、频率和传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成的一种特殊形式的干涉现象。驻波通过时，每一个质点皆作简谐运动。各质点振荡的幅度不相等，振幅为零的点称为波节，振幅最大的点位于两节点之间，称为波腹，相邻两波节或波腹间的距离都是半个波长。

以上是驻波的传播特性，但是驻波形成较为复杂，人眼又无法直接观察这一现象，因此需借助声驻波演示仪来实现它的可视化进而帮助学生理解与掌握。

目前，教学用声驻波演示仪不仅体积较大，还需配备独立的信号源，从而增加了演示成本以及演示难度；因此，声驻波演示仪在课堂教学中并未得到广泛应用。另外，现有技术中的声驻波演示装置只能用于观察驻波的形态，设备利用率低，造成资源浪费。综上，搭建小巧便携且成本低廉，并且具有多种用途的声驻波演示装置，对提升教师教学以及学生认知具一定的现实意义。

实用新型内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种声驻波实验演示装置，体积小，成本低，能够更加便捷地观察驻波形态的宏观演示，同时支持空气中声速的准确测量和快速演示，一种装置多种用途，提高了设备利用率。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种声驻波实验演示装置，包含支架、透明驻波管和扬声器；

所述驻波管的一端密闭，另一端开口，所述驻波管可拆卸安装于所述支架上，所述驻波管上沿其长度方向设有透明标尺；

所述扬声器与所述驻波管的开口一端密闭连接，所述扬声器和所述驻波管共同限定出一个密闭腔室，所述密闭腔室的内部设有防静电泡沫颗粒；

所述扬声器依次连接功率放大器和信号发生器，所述信号发生器和所述功率放大器共同连接一个电源。

进一步地，所述驻波管的密闭端由与所述驻波管一体成型的端面板密封。

进一步地，所述驻波管的密闭端由设于所述驻波管密闭端内部的可移动活塞密封，所述可移动活塞能够在所述驻波管内沿其长度方向移动。

进一步地，所述可移动活塞远离所述扬声器的一侧中间设有驱动杆。

进一步地，所述支架的顶部设有安装板，所述信号发生器、所述功率放大器和所述电源均设于所述安装板的下侧。

进一步地，所述支架的两侧设有有机玻璃板，两个所述有机玻璃板的上端分别设有半圆形凹槽，所述驻波管可拆卸地安装在所述凹槽内。

进一步地，所述凹槽的直径大于所述驻波管的外壁直径，小于所述驻波管外壁直径的1.2倍。

进一步地，所述透明标尺设于所述驻波管的内壁或外壁上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型的一种声驻波实验演示装置，结构设计合理，体积小，成本低，能够更加便捷地观察驻波形态的宏观演示，增强教学效果，并能广泛应用于教学实验中；本设计同时还支持空气中声速的准确测量和快速演示，一种装置多种用途，提高了设备利用率。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例工作时的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例的结构示意图。

图中：1—扬声器、2—驻波管、3—标尺、4—泡沫颗粒、5—功率放大器、6—信号发生器、7—电源、8—支架、9—可移动活塞。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

如图1-3所示，一种声驻波实验演示装置，包含支架8、透明驻波管2和扬声器1；

具体地，驻波管2的一端密闭，另一端开口，驻波管2可拆卸安装于支架8上，驻波管2上沿其长度方向设有透明标尺3；

扬声器1与驻波管2的开口一端密闭连接，扬声器1和驻波管2共同限定出一个密闭腔室，以保证驻波管2的密闭性，进而降低能耗；扬声器1用于将电压信号转换成声波信号向驻波管2内发出，该声波由驻波管2靠近扬声器1的一端向另一端移动；

密闭腔室的内部设有防静电泡沫颗粒4，采用防静电泡沫颗粒4能够有效避免泡沫颗粒4粘附在驻波管2的内壁上；

扬声器1产生的声波在驻波管2内沿直线传播，当其到达驻波管2的另一端后发生反射；反射回来的声波与继续向反射端传播的声波重叠，由于这两列波是从同一波源发出的，二者传播方向相反，满足驻波的条件；

当声波的波长的整数倍等于驻波管2内密闭腔室的长度时，驻波管2内即形成具有稳定振动状态的驻波；由于驻波波腹处的声压最小，波节处声压最大，从而使密闭腔室内的泡沫颗粒4在压力的作用下从波节向波腹移动，在宏观上具有驻波的波形特征；

已知两相邻波节或波腹件的距离为半个波长，实验者可借助驻波管2上的透明标尺3读取该波的半波长长度，并由V＝fλ算出空气中的声速大小；

例如，若驻波管2内密闭腔室的长度为40cm，通过调节信号发生器6的频率调节旋钮，得到驻波管2在该长度下的不同谐振频率；

其中，在二倍频f＝825Hz时，借助透明标尺3读出两相邻波峰即

之间的距离为20.80cm；

由V＝fλ得V＝343.30m/s；

此外，还计算了该实验条件下理论中空气的声速

其中V₀＝331.45m/s，T₀＝273.15K，T＝(t+273.15)K，t＝25℃，进而得百分误差

可见，利用该声驻波演示装置，不仅可以轻松实现声驻波的宏观演示，同时支持空气中声速的准确测量以及快速演示，增加了设备的功能，提高了其利用率；

扬声器1依次连接功率放大器5和信号发生器6，信号发生器6和功率放大器5共同连接一个电源7；电源用于为功率放大器5和信号发生器6供电，信号发生器6用于产生不同频率的电压信号并输出给功率放大器5，功率放大器5将该电压信号放大后输出给扬声器1；

可通过调节信号发生器6输出电压的频率，调整驻波的宏观形态，使其成型明显，方便观察；增加功率放大器5能够使信号发生器的调节更加精准，提高实验的精确度；

功率放大器5采用小型数字功率放大器模块，信号发生器6采用DDS数字信号发生器模块，以缩小设备体积，降低成本，提高频率选择的精准度。

在本实用新型的一个实施例中，驻波管2的密闭端由与驻波管2一体成型的端面板密封，既能保证驻波管2密封端的密封效果，又能降低设备成本，防止零件丢失。

优选地，驻波管2的密闭端由设于驻波管2密闭端内部的可移动活塞9密封，可移动活塞9能够在驻波管2内沿其长度方向移动，实验时可以调节调节可移动活塞9在驻波管2内的位置，进而调整密闭腔室的长度，找到该频率下驻波管内泡沫颗粒4的最佳谐振状态，并读出在此状态下两相邻波峰之间的长度，进而计算出空气中的声速；可移动活塞9的设置增加了调整方式，方便操作。

进一步地，可移动活塞9远离扬声器1的一侧中间设有驱动杆，当调节可移动活塞9时，可以通过外力推拉驱动杆实现，方便调节。

在本实用新型的另一个实施例中，支架8的顶部设有安装板，信号发生器6、功率放大器5和电源7均设于安装板的下侧，避免其影响实验观察，并能够降低三者被损坏的风险，减小设备体积。

可选地，支架8的两侧设有有机玻璃板，两个有机玻璃板的上端分别设有半圆形凹槽，驻波管2可拆卸地安装在凹槽内；实验时，将驻波管2水平放置于两个凹槽内；移动时可将驻波管2拆下单独移动，提高设备移动的安全性。

进一步地，凹槽的直径大于驻波管2的外壁直径，小于驻波管2外壁直径的1.2倍，既能保证驻波管2能够顺利安装于凹槽内，又能防止凹槽尺寸过大造成驻波管2在凹槽内晃动，影响观察。

在本实用新型的一些实施例中，透明标尺3设于驻波管2的内壁或外壁上，既不影响声驻波效果的观察，又可方便地读出半波长的长度。

本实用新型的一种声驻波实验演示装置，结构设计合理，体积小，成本低，能够更加便捷地观察驻波形态的宏观演示，增强教学效果，并能广泛应用于教学实验中；本设计同时还支持空气中声速的准确测量和快速演示，一种装置多种用途，提高了设备利用率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种声驻波实验演示装置，其特征在于，包含支架、透明驻波管和扬声器；

所述驻波管的一端密闭，另一端开口，所述驻波管可拆卸安装于所述支架上，所述驻波管上沿其长度方向设有透明标尺；

所述扬声器与所述驻波管的开口一端密闭连接，所述扬声器和所述驻波管共同限定出一个密闭腔室，所述密闭腔室的内部设有防静电泡沫颗粒；

所述扬声器依次连接功率放大器和信号发生器，所述信号发生器和所述功率放大器共同连接一个电源。

2.根据权利要求1所述的声驻波实验演示装置，其特征在于，所述驻波管的密闭端由与所述驻波管一体成型的端面板密封。

3.根据权利要求1所述的声驻波实验演示装置，其特征在于，所述驻波管的密闭端由设于所述驻波管密闭端内部的可移动活塞密封，所述可移动活塞能够在所述驻波管内沿其长度方向移动。

4.根据权利要求3所述的声驻波实验演示装置，其特征在于，所述可移动活塞远离所述扬声器的一侧中间设有驱动杆。

5.根据权利要求1所述的声驻波实验演示装置，其特征在于，所述支架的顶部设有安装板，所述信号发生器、所述功率放大器和所述电源均设于所述安装板的下侧。

6.根据权利要求1所述的声驻波实验演示装置，其特征在于，所述支架的两侧设有有机玻璃板，两个所述有机玻璃板的上端分别设有半圆形凹槽，所述驻波管可拆卸地安装在所述凹槽内。

7.根据权利要求6所述的声驻波实验演示装置，其特征在于，所述凹槽的直径大于所述驻波管的外壁直径，小于所述驻波管外壁直径的1.2倍。

8.根据权利要求1所述的声驻波实验演示装置，其特征在于，所述透明标尺设于所述驻波管的内壁或外壁上。

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