專利名稱：簡諧振動演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種教學和實驗中用的演示儀器，特別是涉及物理教學中的一種 簡諧振動演示儀。
背景技術(shù)：
目前，在理論上可以用旋轉(zhuǎn)矢量法表示一個簡諧振動，簡諧振動的圖像為正弦或 余弦曲線，教學中通常采用彈簧振子來演示簡諧振動，這種演示，只能讓學生觀察簡諧振動 的現(xiàn)象，不能逼真地將勻速圓周運動與簡諧振動的關(guān)系對應(yīng)起來，不能演示振動曲線，有限 地演示，限制了學生的思維，截至目前還沒有現(xiàn)成的演示儀能完好地將簡諧振動的理論演 示出來。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便， 效果明顯的簡諧振動演示儀，該演示儀能很好地演示用旋轉(zhuǎn)矢量法表示簡諧振動，同時還 能演示在質(zhì)點做簡諧振動時，質(zhì)點位置隨時間變化的圖像。實現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案一種簡諧振動演示儀，包括箱體、發(fā)光二極管、控制器、矢量演示儀和圖像演示儀， 矢量演示儀與圖像演示儀用導線連接，控制器安裝在箱體內(nèi)，⑴所述的矢量演示儀主要由矢量演示板、底座組成，矢量演示板固定在底座上，在 矢量演示板上設(shè)有以其中心點為圓心的參考圓，參考圓的圓心上安裝有中心軸，該中心軸 上鉸接有與參考圓半徑等長的導體指針，所述參考圓的圓周上均勻地設(shè)置有多個矢量演示 發(fā)光二極管，演示板的內(nèi)側(cè)設(shè)有一條縱軸，縱軸上設(shè)置有多個與參考圓圓周上的矢量演示 發(fā)光二極管串聯(lián)連接的發(fā)光二極管，矢量演示發(fā)光二極管、發(fā)光二極管位于電源的正負極 之間；⑵所述的圖像演示儀主要由圖像演示板、底座組成，圖像演示板固定在底座上，在 圖像演示板上設(shè)有呈正弦曲線均勻排布安裝、由控制器控制的多個圖像演示發(fā)光二極管；⑶所述的控制器主要由多個移位寄存器組成，移位寄存器的個數(shù)與圖像演示發(fā)光 二極管的個數(shù)成比例。采用上述技術(shù)方案，本實用新型可單獨演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法，也可同 時演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法和振動圖像。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，演示效果好，該演示 儀可應(yīng)用于簡諧振動的教學、實驗中，適合在高中數(shù)學、物理、大學物理實驗和教學中廣泛 使用。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖。[0012]圖中，矢量演示板1，參考圓2，矢量演示發(fā)光二極管3、3’，中心軸4，導體指針5，縱 軸6，圖像演示板7，圖像演示發(fā)光二極管8，矢量演示儀底座9，圖像演示儀底座10，控制導 線11。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述。本實施例是一種簡諧振動演示儀，由箱體、控制器、矢量演示儀和圖像演示儀等組 成，控制器放在箱體內(nèi)，矢量演示儀和圖像演示儀的二極管主體在面板上，其引線在箱體內(nèi) 連接，矢量演示儀與圖像演示儀的演示面板并排放置，位于箱體的前部。見圖1、圖2，矢量演示儀由矢量演示板1、導體指針5、矢量演示儀底座9等組成， 矢量演示板1是矩形板，固定在矢量演示儀底座9上。以矢量演示板1的中心點為圓心，在 矢量演示板1上畫參考圓2，該參考圓2的圓心上安裝有中心軸4，中心軸4與控制導線11 連接，控制導線11與控制回路連接。中心軸4上鉸接有與參考圓2半徑等長的導體指針5 (OA),導體指針5以參考圓2的0點為圓心轉(zhuǎn)動。在參考圓2的圓周上均勻地鉆多個小孔， 多個發(fā)光二極管將其稱之為矢量演示發(fā)光二極管3插入孔內(nèi)，其主體露在矢量演示板1上， 其引線裝在箱體內(nèi)。本實施例設(shè)置16個矢量演示發(fā)光二極管3。在演示板1的內(nèi)側(cè)畫一條 縱軸(0Y軸)6，縱軸6上均勻地鉆多個小孔，多個發(fā)光二極管3’依次插入小孔內(nèi)，其主體露 在矢量演示板1上，其引線裝在箱體內(nèi)。本實施例的OY軸上安裝9個矢量演示發(fā)光二極管 3，。見圖1，圖2，位于OY軸上的9個發(fā)光二極管3’的連接結(jié)構(gòu)是電源的正負極之 間連接兩個發(fā)光二極管3、3’，發(fā)光二極管3在參考圓圓周上，發(fā)光二極管3’在縱軸6 (0Y 軸)上，矢量演示發(fā)光二極管3與發(fā)光二極管3’串聯(lián)連接，與電阻R、導體指針5相連接形 成閉合電路。參考圓圓周、縱軸6上的矢量演示發(fā)光二極管3、發(fā)光二極管3’，與導體指針 5一同組成矢量演示儀的發(fā)光體系。矢量演示儀的發(fā)光二極管發(fā)光直接由電源控制。見圖1，圖像演示儀由圖像演示板7、圖像演示儀底座10等組成，圖像演示板7是 一矩形板固定在圖像演示儀底座10上。在矢量演示板7上畫上y’ -t軸，按照正弦曲線的 模式等間距均勻鉆孔，多個發(fā)光二極管將其稱之為圖像演示發(fā)光二極管8依次插入孔內(nèi)， 主體露在圖像演示板7上，其引線裝在箱體內(nèi)。本實施例的正弦曲線上均勻等間距安裝18 個圖像演示發(fā)光二極管8。見圖2，控制器由多個移位寄存器(圖2中虛線右側(cè)部分)、開關(guān)等組成，放入箱體 內(nèi)。移位寄存器的個數(shù)與圖像演示發(fā)光二極管的個數(shù)成比例，由圖像演示發(fā)光二級管的個 數(shù)決定，多個移位寄存器相互間用導線連接，形成控制回路，所述導線的另一端與控制開關(guān) K連接。每個移位寄存器分別與4只圖像演示發(fā)光二極管8連接，控制4只圖像演示發(fā)光 二極管8，圖像演示發(fā)光二極管8的另一端分別接電源負極。本實用新型的控制器放在圖像演示儀一側(cè)，其作用是控制發(fā)光二極管的亮滅及電 路的通斷用導線連接。矢量演示儀與圖像演示儀之間用三根導線連接，將三根導線斷開，可 單獨演示矢量演示儀，接通，可同時演示。圖2中，位于左側(cè)虛線框內(nèi)串聯(lián)電路控制矢量演示儀中的發(fā)光二極管，位于右側(cè)的移位寄存器用于控制圖像演示儀中圖像演示發(fā)光二極管8。如圖3所示，移位寄存器1、2 僅控制右側(cè)圖像演示儀的圖像發(fā)光二極管IQtlUQr 1Q2、1Q3，2 JQ1JQ2JGj3……若為17個， 則移位寄存器3的Qc^ Q1, Q2, Q3分別與3%、3仏、3%、3仏相連，控制3%、3仏、3%、303，移位寄 存器4控制4(^4(^4(^4( ,則移位寄存器5控制5%。兩側(cè)用三根導線連接，斷開導線僅 演示矢量演示儀，連接導線同時演示。每個移位寄存器有8個接線端，其中Vdd接電源正極，
C1相連經(jīng)開關(guān)K接電源負極，Vss相連接電源負極，Cp相連經(jīng)R接電源負極，前一個的Q3連
下一個的\。每個移位寄存器的％、Qp Q2> Q3分別連一只二極管的正極，控制4只二極管。 二極管負極連電源負極。圖2顯示的為電路連接控制部分，全部放在箱體內(nèi)部。本實用新型的工作原理當矢量演示儀的導體指針5 (OA)以0點為圓心旋轉(zhuǎn)時，導體指針5的箭頭A與參 考圓圓周上某個矢量演示發(fā)光二極管3接觸時，該矢量演示發(fā)光二極管3發(fā)光。同時在矢 量演示板1的縱軸6 (OY)上，與該矢量演示發(fā)光二極管3位于同一水平面上的發(fā)光二極管 3’也發(fā)光。此時，在與發(fā)光二極管3’相對應(yīng)的y’ -t軸上的圖像演示發(fā)光二極管8發(fā)光。 當導體指針5的箭頭A轉(zhuǎn)過此位置時，參考圓圓周上的矢量演示發(fā)光二極管3熄滅，同時在 OY軸上，與矢量演示發(fā)光二極管3在同一水平面上的發(fā)光二極管3’熄滅，而與發(fā)光二極管 3’相對應(yīng)的圖像演示儀y’ _t軸上的圖像演示發(fā)光二極管8由于受控于移位寄存器所以一 直保持發(fā)光。當導體指針5的箭頭A旋轉(zhuǎn)一周時，在y’ _t軸平面上，留下一條振動的正弦 圖像或余弦圖像。從而演示出質(zhì)點的振動可以用一個旋轉(zhuǎn)矢量來表示的過程，從而證實當 質(zhì)點做簡諧振動時，其位置隨時間的變化圖像是一條正弦或余弦曲線。
權(quán)利要求1.一種簡諧振動演示儀，包括箱體、發(fā)光二極管、控制器、矢量演示儀和圖像演示儀，矢 量演示儀與圖像演示儀用導線連接，控制器安裝在箱體內(nèi)，其特征在于，⑴所述的矢量演示儀主要由矢量演示板、底座組成，矢量演示板固定在底座上，在矢 量演示板上設(shè)有以其中心點為圓心的參考圓，參考圓的圓心上安裝有中心軸，該中心軸上 鉸接有與參考圓半徑等長的導體指針，所述參考圓的圓周上均勻地設(shè)置有多個矢量演示發(fā) 光二極管，演示板的內(nèi)側(cè)設(shè)有一條縱軸，縱軸上設(shè)置有多個與參考圓圓周上的矢量演示發(fā) 光二極管串聯(lián)連接的發(fā)光二極管，矢量演示發(fā)光二極管、發(fā)光二極管位于電源的正負極之 間；⑵所述的圖像演示儀主要由圖像演示板、底座組成，圖像演示板固定在底座上，在圖像 演示板上設(shè)有呈正弦曲線均勻排布安裝、由控制器控制的多個圖像演示發(fā)光二極管；⑶所述的控制器主要由多個移位寄存器組成，移位寄存器的個數(shù)與圖像演示發(fā)光二極 管的個數(shù)成比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡諧振動演示儀，其特征在于，所述控制器的移位寄存器的 Vdd接線端連電源正極，每個移位寄存器分別與4只圖像演示發(fā)光二極管連接，圖像演示發(fā) 光二極管的另一端接電源負極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡諧振動演示儀，其特征在于，所述控制器的多個移位寄存 器相互間用導線連接，導線的另一端與控制開關(guān)連接。
專利摘要一種教學用的演示儀器，特別是物理教學中使用的簡諧振動演示儀。由矢量演示儀，圖像演示儀，控制器組成。矢量演示儀的演示板上設(shè)有參考圓，參考圓的圓心上安裝有中心軸，中心軸上鉸接有導體指針，參考圓的圓周上均勻地設(shè)置有多個發(fā)光二極管，在演示板的內(nèi)側(cè)縱軸上設(shè)置有多個與參考圓圓周上的發(fā)光二極管串聯(lián)連接的發(fā)光二極管，位于電源的正負極之間。圖像演示儀的演示板上設(shè)有呈正弦曲線均勻排布安裝、由控制器控制的多個發(fā)光二極管。由多個移位寄存器、控制電路組成的控制器控制發(fā)光二極管發(fā)光演示，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，演示效果好，該演示儀可應(yīng)用于簡諧振動的教學、實驗中，適合在高中數(shù)學、物理、大學物理實驗和教學中廣泛使用。
文檔編號G09B23/10GK201910177SQ20112001412
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者劉廣平, 吳聰, 姜麗飛, 孫立萍, 崔澤宇, 王添, 路董華, 郭紅杰 申請人:唐山師范學院