CN2660623Y - 单摆振动图像描迹仪 - Google Patents

Abstract

一种单摆振动图像描迹仪，涉及支架和悬吊在支架横梁上的摆动体，支架固定在一底座上并横跨底座的宽度方向，底座的上板面为电绝缘体，在该上板面上前后对应支架的位置装有金属薄片，摆动体为一底部带尖的结构，摆动体至少尖部为导电体，金属薄片和摆动体尖部与高压电源的两个极电连接。该仪器用于物理教学演示单摆运动的曲线，用电火花在纸带上打出一系列墨点作为单摆的振动图像，操作简单，可控性好，图像规范，可视性好，实验过程省时省力。

Description

单摆振动图像描迹仪

技术领域：

本实用新型涉及一种演示单摆振动图像的仪器，用于物理教学演示单摆运动的曲线。

背景技术：

原演示单摆振动图像的仪器叫“单摆运动图像演示仪”，也称“砂摆”。原实验方法是：把铁质漏斗挂在支架上，下方放一块硬纸板，在漏斗里装满细砂，让漏斗摆动，同时沿着跟摆动方向垂直的方向匀速拉动硬纸板，因为每一时刻都从漏斗里漏出细砂，所以落在硬纸板上的细砂就记录下各个时刻摆球的位置，显示出一条曲线，这条曲线就是以横轴表示时间、以纵轴表示位移的单摆振动图像。由于该仪器自身存在一些弊端，因而在教学中难以使用。具体是：(1)砂子难以均匀流出：砂粒本身很难做到大小一致，在它从漏斗里流出时，砂粒相互挤压，时常堵住漏斗口，流不出来。如果想让砂粒顺利地流出来，必须把漏斗口做得大些，但这样一来，砂粒就会很快漏完，达不到实验所需要的时间。要想把漏斗口做得很恰当，实际上是很困难的，只要有二三个砂粒互相一挤就会把漏斗口堵住。(2)漏砂子时间难以控制：只要把砂子朝漏斗里一放，砂子就开始漏。想控制它从某个时刻开始漏，到某个时刻停止是不可能的。在不堵住的情况下，它总是从一进去就漏一直到漏完为止。(3)漏出的砂子难以回收：由于漏出的砂子到处都是，因而回收困难。所用的砂子是经过精选的，粗砂固然不行，过细也不行，如果象面粉一样细，照样漏不出来。精选砂子是一项很麻烦的工作，如果回收率不高，就必然加重了教师们选砂的工作量。(4)漏出的砂子难以形成严格的正弦曲线：砂粒漏出到达下面的平板后，并不立刻静止，而是滚动一段距离，所以所表现的曲线很粗，只是大体上看出一点正弦曲线的轮廓。(5)砂粒自身很难表现坐标：单摆的轨迹应该以横坐标为时间，纵坐标为位移，所以应该画出和曲线相对应的正交坐标。但砂粒自身很难完成这项工作，必须用人工先画坐标。而人工所画坐标和后来砂子流下形成的曲线却很难对应，误差很大。(6)如果不用砂子，改用其它材料效果也不好：由于用砂子存在种种弊端，教师们曾设想改用其它材料。如果改用漏墨水，墨水是液体，不堵塞，但时间同样难以控制，并且墨水到处流，效果很不理想。有的教师改用毛笔随摆球一起振动，用毛笔在纸上画出图像，但毛笔与纸张之间的摩擦力太大，以至于单摆根本振不起来。(7)学生难以观察：由于漏出的砂是平铺在纸上的，立起来就都掉了，所以只能水平拿给学生看，很难观察。所以，综上所述，成功率低，可控性差，规范性差，可视性差是原仪器难以克服的困难。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种单摆振动图像描迹仪，提高实验的成功率，让实验的成功率为100％；提高可控性，能够任意控制单摆振动的时间；生成的图像规范，能够绘制严格的振动图像，并自行绘制和图像严格对应的正交坐标；可视性强，能够让学生任意观察。另外，还可以降低实验难度，缩短实验时间。

本实用新型的目的是以如下方式实现的：该单摆振动图像描迹仪，涉及支架和悬吊在支架横梁上的摆动体，支架固定在一底座上并横跨底座的宽度方向，底座的上板面为电绝缘体，在该上板面上前后对应支架的位置装有金属薄片，摆动体为一底部带尖的结构，摆动体至少尖部为导电体，金属薄片和摆动体尖部与高压电源的两个极电连接。

在支架横梁的中部垂直固定一支杆，悬吊摆动体的细线为两根，细线的上端连接在支杆上，连接点相距一定距离，这样使摆动体两连线上端叉开一定距离，避免形成圆锥摆。

悬吊摆动体的细线可以用非导电细线，然后另有导线连接摆动体，悬吊摆动体的细线也可以直接为导线，这样可以节省专门的导线。

摆动体为一金属圆锥体，采用金属材料便于电连接。

摆动体为铁质，在支架的立杆上相对应摆动体靠近时的高度上固定有可以将摆动体吸附的永久磁铁。这样，在演示前可以让摆动体吸附在支架一边，演示时，释放摆动体后它就可以进行单摆往复运动。

在底座上支架的两侧设置有压纸杆，用于将演示单摆振动的纸带放在底座上平面后将纸带压住，使纸带平整。

在底座上面的一端有拉纸杆用于夹持实验纸张的一端，水平拉动动力连接在拉纸杆上。拉动动力可以用人手直接匀速拉动，也可以用小型电动机拖动。

电源部分为脉动高压直流电源发生器，放置在底座内。它可以提供脉动高压直流电作用于摆动体与底座上板面的金属薄片之间形成电火花。

敷设在底座上板面上的金属薄片接电源正极，摆动体尖部与电源负极接通。

在底座上面上放有宽度相适应的白纸，白纸与底座上面之间夹与白纸同样大小的墨粉纸，白纸与墨粉纸构成记录单摆振动图像的介质。当然也可以不用墨粉纸，而直接通过摆动体与底座上板面的金属薄片之间形成的电火花对白纸烧蚀后形成的斑点，只是这样的效果稍差。

在使用时，首先调整摆动体与底座上板面的金属薄片之间的距离，使摆动体尖端距金属薄片2mm左右垂直距离，在给摆动体尖端和金属薄片通电后能击穿空气产生电火花即可。下面的操作分为三步：

第一步：让摆动体摆动，加以高压放电，不拉动纸带，于是电火花在纸带上纵向沿直线依次打出一系列墨点，这就是纵坐标。

第二步：不让摆动体摆动，加以高压放电，拉动纸带，电火花在纸带上横向沿直线依次打出一系列墨点，这就是横坐标。

第三步：让摆动体摆动，加以高压放电，匀速拉动纸带，于是电火花在纸带上沿正弦曲线依次打出一系列墨点，这就是单摆的振动图像。

该单摆振动图像描迹仪的优点：操作简单，可控性好，图像规范，可视性好，实验过程省时省力。

附图说明：

附图是本实用新型单摆振动图像描迹仪的结构示意图。

具体实施方式：

参照附图，支架6固定在底座1上并横跨底座1的宽度方向，在支架6横梁的中部垂直固定一支杆9，在支杆9上用细导线10悬吊金属圆锥摆动体4，细导线10为两根，细导线10的上端连接在支杆9上，连接点相距一定距离，这样使摆动体4在两连线上端又开一定距离，避免形成圆锥摆。底座1的上板面为电绝缘性较好的胶木板，在该上板面上前后对应支架6的位置装有金属薄片5，在底座1内放置脉动高压直流电源发生器2，底座1上板面上的金属薄片5接电源正极，摆动体4通过悬吊导线10与电源负极接通，敷设在底座1上板面用于显示单摆振动轨迹的材料是由白纸8和墨粉纸构成，布置方法是在底座1上面上放有宽度相适应的白纸8，与白纸8同样大小的墨粉纸铺在白纸的下面，在底座1上面的一端有拉纸杆7，夹持在实验纸张的一端，拉纸杆7用于水平拖动白纸8和墨粉纸的移动。在底座1上支架6的两侧设置有压纸杆3，用于将演示单摆振动的纸张放在底座1上平面后将纸压住，使纸张平整。在支架6的立杆上相对应摆动体4靠近时的高度上固定有可以将摆动体4暂时固定的部件，如果摆动体4为铁质，那么该部件可以为永久磁铁，当然也可以采取其它方式固定，比如卡扣之类的结构。这样，在演示前可以让摆动体4吸附在支架6的一边，演示时，释放摆动体4后它就可以进行单摆往复运动。底座1上板面的胶木板可以选择长1米，宽0.2米；白纸8和墨粉纸可以长0.4米，宽0.18米；摆动体4底尖部距离底座上板面的金属薄片2mm左右；高压电源为3万伏，放电周期为0.02秒。

Claims (10)

1、一种单摆振动图像描迹仪，涉及支架和悬吊在支架横梁上的摆动体，其特征在于：支架(6)固定在一底座(1)上并横跨底座(1)的宽度方向，底座(1)的上板面为电绝缘体，在该上板面上前后对应支架(6)的位置装有金属薄片(5)，摆动体(4)为一底部带尖的结构，摆动体(4)至少尖部为导电体，金属薄片(5)和摆动体(4)尖部与高压电源的两个极电连接。

2、根据权利要求1所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：在支架(6)横梁的中部垂直固定一支杆(9)，悬吊摆动体(4)的细线(10)为两根，细线的上端连接在支杆(9)上，连接点相距一定距离。

3、根据权利要求2所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：悬吊摆动体(4)的细线(10)为导线。

4、根据权利要求1所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：摆动体(4)为一金属圆锥体。

5、根据权利要求1所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：摆动体(4)为铁质，在支架(6)的立杆上相对应摆动体(4)靠近时的高度上固定有可以将摆动体(4)吸附的永久磁铁。

6、根据权利要求1所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：在底座(1)上支架的两侧设置有压纸杆(3)。

7、根据权利要求1所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：在底座(1)上面的一端有用于夹持实验纸张一端的拉纸杆(7)，水平拉动动力连接在拉纸杆(7)上。

8、根据权利要求1所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：电源部分(2)为脉动高压直流电源发生器，放置在底座(1)内。

9、根据权利要求8所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：敷设在底座(1)上板面上的金属薄片(5)接电源正极，摆动体(4)尖部与电源负极接通。

10、根据权利要求1所述的单摆振动图像描迹仪，其特征在于：在底座(1)上板面上放有宽度相适应的白纸(8)，白纸(8)下面有与白纸(8)同样大小的墨粉纸，白纸(8)与墨粉纸构成记录单摆振动图像的介质。