專利名稱：多功能簡諧振動演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種物理演示實驗裝置，特別是一種演示簡諧振動振動過程、振動圖像及其振動曲線合成過程的多功能簡諧振動演示儀。
背景技術(shù)：
在物理演示實驗裝置中，尤其是力學(xué)實驗裝置中，經(jīng)常要演示物體作簡諧振動的振動過程和振動曲線。簡諧振動作為最基本的振動，許多實際的周期振動雖然不是簡諧振動卻可以看作多個簡諧振動合成的結(jié)果。因此，熟悉簡諧振動的規(guī)律，研究簡諧振動的合成對理解機械振動、光波和聲波的干涉和衍射等現(xiàn)象都有著重要意義。演示物體作簡諧振動的演示儀器較多，其中最為常見的簡諧振動演示儀器便是沙擺。而現(xiàn)有的沙擺等簡諧振動演示儀存在很多不足①實驗結(jié)果不準(zhǔn)確。如單線擺易形成圓錐擺；在沙粒下落的過程中，沙桶重心同時下降，使擺長變長；手拉動硬紙板不能保證其勻速前行②實驗可視度小。沙粒形成的軌跡易散開，使圖形模糊不清；沙粒形成的圖像不能作為教學(xué)掛圖豎起。③實驗器材零散，不利于教學(xué)來回搬動。④實驗不具有拓展性，不具備一物多用，節(jié)約資金的優(yōu)點。作為演示實驗儀器應(yīng)具備實驗裝置簡單、方便、易于操作；實驗結(jié)果準(zhǔn)確；現(xiàn)象明顯可視度大；實驗具有拓展性、能啟迪學(xué)生、引導(dǎo)學(xué)生、糾正困惑，擴展學(xué)生視野。而目前還沒有一臺簡諧振動演示儀器能達(dá)到以上要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種克服公知技術(shù)缺點，能演示和合成多種情況下的簡諧振動過程，可操作性強，演示效果好的多功能簡諧振動演示儀。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為所述的演示儀設(shè)有水平底座，底座上固定一側(cè)向立柱，立柱上端安裝有垂直方向或水平方向的簡諧振動裝置或立柱中間位置安裝一微型電機，及其上安裝的曲拐，構(gòu)成勻速圓周運動參考圓上的動點所演示的簡諧振動，或在水平面底座的正后面安放一發(fā)光二極管顯示屏，模擬簡諧振動圖像及其生成過程。采用上述方案，可使本裝置能同時或分別演示垂直方向或水平方向的簡諧振動，還能演示勻速圓周運動參考圓上的動點簡諧振動，以及通過紙張記錄簡諧振動過程，并通過電子屏形象展示振動的圖像及其生成過程，達(dá)到良好的教學(xué)效果，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。下面結(jié)合圖示及實施例對方案作更詳細(xì)的說明。


圖I為多功能簡諧振動演示儀的立體 圖2為圖I中垂直方向上的簡諧振動裝置；
圖3為圖I中氣墊式水平彈簧振子；
圖4為圖I中勻速圓周運動參考圓上的動點演示簡諧振動裝置；圖5為圖4中運動裝置軌跡 圖6為二極管模擬演示簡諧振動電原理 圖7為圖6中諧振裝置圖像。
具體實施例方式圖I為所述的多功能簡諧振動演示儀，有一底座1，底座I內(nèi)裝有5V穩(wěn)壓電源、靜音氣泵、描跡紙走紙電機和走紙滾輪。底座上側(cè)向安裝的豎直立柱2上安裝垂直方向及水平方向的簡諧振動裝置，立柱2中央位置安裝有微型電機3，微型電機軸上套裝有曲柄4，曲拐端部裝有描跡球5，配合該裝置，底座上方立柱右側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)投影燈箱6，燈箱的正前方安裝一塊白色的有機玻璃投影屏7，在演示儀立柱左側(cè)和底座上面正后方區(qū)域安裝簡諧振動發(fā)光二極管顯示屏8，各種控制開關(guān)安裝在底座正面。演示垂直方向上的簡諧振動
演示垂直方向上的簡諧振動裝置，包括在立柱上端固定一伸出的支桿9，支桿上懸掛一根彈簧10，彈簧未端吊有重物球11，重物球與一個可移動的磁性重物平衡位置指示裝置12配合。所述平衡位置指示裝置可觀察重物球在平衡位置上下所作的簡諧振動，平衡位置指示裝置的底座13為磁性原件，移動方便很容易放置在平衡位置上，較詳細(xì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。演示水平方向上的簡諧振動
演示水平方向上的簡諧振動裝置，包括在立柱上端設(shè)有一角形氣動導(dǎo)軌14，所述導(dǎo)軌與一個氣泵相接，導(dǎo)軌上配合一滑塊15，滑塊上設(shè)有指針16，滑塊兩端各連有一根輕質(zhì)彈簧17，彈簧的另一端與立柱固定，使用時打開氣泵開關(guān)開啟靜音氣泵18，釋放滑塊便可演示物體在水平方向上所作的簡諧振動，指針16為平衡指針，與刻度尺配合可明顯地觀察物體在平衡位置左右所作的簡諧振動，如圖3所示。通過投影勻速圓周運動參考圓上的動點演示簡諧振動
一般學(xué)生對簡諧振動的運動學(xué)特征易于理解，但對勻角速旋轉(zhuǎn)矢量的矢端在軸上的投影作簡諧振動往往迷惑不解，通過投影勻速圓周運動參考圓上的動點演示簡諧振動裝置較好地幫助學(xué)生解決了這一難題。所述裝置包括在立柱中間位置安裝一微型電機3，電機軸穿過立柱2的壁后在其軸端固定一曲柄4,曲柄端部固定一描跡球5,在底座上設(shè)有與微型電機配套的水平走紙裝置19，及豎直方向上的投影裝置。我們知道簡諧振動的動力學(xué)特征為
，其運動學(xué)方程為
權(quán)利要求
1.一種多功能簡諧振動演示儀，其特征在于所述的演示儀設(shè)有水平底座(1)，底座上固定一側(cè)向立柱(2)，立柱上端安裝有垂直方向或水平方向的簡諧振動裝置或立柱中間位置安裝一微型電機(3)，及其上安裝的曲拐(4)，構(gòu)成勻速圓周運動參考圓上的動點所演示的簡諧振動，或在水平面底座的正后面安放一發(fā)光二極管顯示屏(8)，模擬簡諧振動圖像及其生成過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能簡諧振動演示儀，其特征在于垂直方向上的簡諧振動裝置，包括在立柱上端固定一伸出的支桿(9)，支桿上懸掛一根彈簧(10)，彈簧未端吊有重物球(11),重物球與一個可移動的磁性重物平衡位置指示裝置(12)配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能簡諧振動演示儀，其特征在于水平方向上的簡諧振動裝置，包括在立柱上端設(shè)有一角形氣動導(dǎo)軌(14)，所述導(dǎo)軌與一個氣泵相接，導(dǎo)軌上配合一滑塊(15)，滑塊上設(shè)有指針(16)，滑塊兩端各連有一根輕質(zhì)彈簧(17)，彈簧的另一端與立柱固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能簡諧振動演示儀，其特征在于勻速圓周運動參考圓上的動點演示簡諧振動裝置包括在立柱中間位置安裝一微型電機(3)，電機軸穿過立柱(2)的壁后在其軸端固定一曲柄(4),曲柄端部固定一描跡球(5),在底座上設(shè)有與微型電機配套的水平走紙裝置(19 )，及豎直方向上的投影裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能簡諧振動演示儀，其特征在于一種發(fā)光二極管模擬簡諧振動模擬的裝置，包括發(fā)光二極管顯示屏(8 )，屏內(nèi)安裝有一組單色和雙色發(fā)光二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多功能簡諧振動演示儀，其特征在于所述電路包括一塊單片機CPU (20),其數(shù)據(jù)輸入端(21)與一組鍵盤輸入信號相連,數(shù)據(jù)輸出端(22)與一組往復(fù)模擬運動發(fā)光二極管陣(23)相連，其控制端(24)分別與一組圓周運動驅(qū)動芯片(25)， 一個第一正弦波驅(qū)動芯片(26)，一個第二正弦波驅(qū)動芯片(27)的控制端相連，所述圓周運動驅(qū)動芯片的輸出端與一組模擬圓周運動的發(fā)光二極管陣列(28)相連，正弦波驅(qū)動芯片 (26、27)的輸出端與一組模擬正弦波的發(fā)光二極管陣列(29)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多功能簡諧振動演示儀，其特征在于CPU(20)是型號為80C52，MC74C595ADR2單片機，所述的圓周運動驅(qū)動芯片(25)由4一 16譯碼器組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能簡諧振動演示儀，所述的演示儀設(shè)有水平底座(1)，底座上固定一側(cè)向立柱(2)，立柱上端安裝有垂直方向或水平方向的簡諧振動裝置或立柱中間位置安裝一微型電機(3)，及其上安裝的曲拐(4)，構(gòu)成勻速圓周運動參考圓上的動點所演示的簡諧振動，或在水平面底座的正后面安放一發(fā)光二極管顯示屏(8)，模擬簡諧振動圖像及其生成過程。本裝置能同時或分別演示垂直方向或水平方向的簡諧振動，還能演示勻速圓周運動參考圓上的動點簡諧振動，以及通過紙張記錄簡諧振動過程，并通過電子屏形象展示振動的圖像及其生成過程，達(dá)到良好的教學(xué)效果。
文檔編號G09B23/10GK102622929SQ20121006473
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者代偉, 徐平川, 李正軍, 秦銳敏, 謝春茂 申請人:西華師范大學(xué)