本發(fā)明屬于科普展示教育和教學實踐活動技術(shù)領域，具體涉及一種波形演示裝置。

背景技術(shù)：

物理學中，波是在空間以特定形式傳播的物理量或物理量的擾動。由于是以特定的形式傳播，這個物理量(或其擾動)成為空間位置和時間的函數(shù)，而且是這樣的函數(shù)，即在時間t出現(xiàn)在空間r處周圍的分布，會在時間(t+Δt)出現(xiàn)在空間(r+vΔt)的周圍。v一般說是個常矢量，就是有關(guān)物理量(或其擾動)的傳播速度。物理量函數(shù)稱為波函數(shù)，數(shù)學上它是一個叫波動方程的在特定邊界條件下的解。

我們將某一物理量的擾動或振動在空間逐點傳遞時形成的運動稱為波。不同形式的波雖然在產(chǎn)生機制、傳播方式和與物質(zhì)的相互作用等方面存在很大差別，但在傳播時卻表現(xiàn)出多方面的共性，可用相同的數(shù)學方法描述和處理。

在科普展示教育和教學過程中，通常教師都要在黑板上繪制波形，盡力地描述波形的狀態(tài)，語言的描述和圖形的繪制，對學習者而言，造成了直觀教學的困難。最為常見的是通過繩子、彈簧的教具來表現(xiàn)。但是，突出的問題是這些教具無法實現(xiàn)展示波的干涉、波的衍射、駐波等的直觀演示.通常情況下，這類通過展示教育活動需要借助于計算機多媒體系統(tǒng)來表現(xiàn)，存在著真實感不好、表現(xiàn)形式單一的缺點；而采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，則是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物，但存在結(jié)構(gòu)復雜、造價高、不易于與觀眾互動等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠直觀展示波形傳播特性的波形演示裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單且成本較低。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

波形的實驗演示裝置，包括用于盛放液態(tài)透明介質(zhì)的盤狀容器，該盤狀容器的底壁由透明材料制成，所述盤狀容器上部設有振子，所述振子靠近透明液態(tài)介質(zhì)的液面設置，并能夠按照設定的頻率擊打液面；所述盤狀容器上方設有一光源，該光源發(fā)出的光束能夠穿過液態(tài)透明介質(zhì)和盤狀容器的底壁，并在盤狀容器下方的實體表面形成投影。

優(yōu)選的，所述盤狀容器上方間隔設置有一頂蓋，所述頂蓋通過連接桿與盤狀容器的邊緣相連，所述光源安裝在頂蓋的下端面上。

優(yōu)選的，所述頂蓋的上端面上設有便于懸吊的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述振子通過懸伸桿固定在連接桿的下端。

優(yōu)選的，所述盤狀容器為圓形，所述振子為一個，且該振子位于盤狀容器的中心。

優(yōu)選的，所述盤狀容器內(nèi)設有與盤狀容器同心設置的帶有缺口的圓形圍壩。

優(yōu)選的，所述盤狀容器為圓形，所述振子為兩個，且兩振子關(guān)于盤狀容器的軸線對稱布置。

優(yōu)選的，所述盤狀容器為長條形，所述振子為一個，且該振子偏向盤狀容器的其中一端設置。

優(yōu)選的，所述液態(tài)透明介質(zhì)為水或無色硅油。

優(yōu)選的，所述盤狀容器由透明玻璃制成。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

1)、本發(fā)明用簡單的結(jié)構(gòu)和手段設計了波形的實驗演示裝置，操作簡單方便，演示效果清晰直觀。由于盤狀容器為透明狀，通過其上方的光源照射，可以在裝置的下部，如地面上，形成清晰可見的圖像，因此參觀者或?qū)W習者可以清晰地觀察到各種波的形狀，從而大大促進了參觀者或?qū)W習者對自身周圍的空間所產(chǎn)生波的認識。

2)、本發(fā)明除了可以演示圓形波外，還可以演示波的干涉、波的衍射和駐波現(xiàn)象。

3)、本裝置采用采用懸掛方式和聚光燈投影相結(jié)合，可以根據(jù)使用現(xiàn)場的情況，通過改變演示裝置懸掛的高度，來調(diào)整投影圖像的大小，可以做到大面積投影展示，非常適合于科普場館使用。

4)、本發(fā)明具有互動性，參觀者或?qū)W習者能夠直觀地觀察到隨著盤狀容器的不同和振子數(shù)量與位置的不同，所產(chǎn)生的波形是完全不同的。這種通過參觀者或?qū)W習者自己動手和直接觀看，有利于促進參觀者或?qū)W習者在教學過程中對波形的理解；同時也提高了演示過程中的互動性和趣味性，大大提高了展示效果和教學質(zhì)量。

5)、本發(fā)明振子用電量極少，LED聚光燈節(jié)能，可根據(jù)實際需要在各種場所進行演示，符合節(jié)能減排的社會需要，并且結(jié)構(gòu)簡單，降低維護費用，適合于長期的科普展示和教學活動使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例1所提供的波形演示裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例2所提供的波形演示裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例3所提供的波形演示裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的實施例4所提供的波形演示裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中的標記符號的含義如下：

1－盤狀容器

2－頂蓋

3－連接桿

4－光源

5－振子

6－懸伸桿

7－圓形圍壩

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。

如圖1-4所示，一種波形演示裝置，包括用于盛放液態(tài)透明介質(zhì)的盤狀容器1，該盤狀容器1的底壁由透明材料制成。該液態(tài)透明介質(zhì)和透明材料并不局限于無色透明，有時為了使投影更加醒目，使用有色液態(tài)透明介質(zhì)或有色透明材料效果更佳，具體還需要根據(jù)現(xiàn)場光照環(huán)境而定。所述盤狀容器1上部設有振子5，所述振子5靠近透明液態(tài)介質(zhì)的液面設置，并能夠按照設定的頻率擊打液面；所述盤狀容器1上方設有一光源4，該光源4發(fā)出的光束能夠穿過液態(tài)透明介質(zhì)和盤狀容器1的底壁，并在盤狀容器1下方的實體表面形成投影。所述液態(tài)透明介質(zhì)為水或無色硅油。所述盤狀容器1由透明玻璃制成，所述光源4為聚光燈。本發(fā)明用簡單的結(jié)構(gòu)和手段設計了波形的實驗演示裝置，操作簡單方便，演示效果清晰直觀。由于盤狀容器1為透明狀，通過其上方的光源4照射，可以在裝置的下部，如地面上，形成清晰可見的圖像，因此參觀者或?qū)W習者可以清晰地觀察到各種波的形狀，從而大大促進了參觀者或?qū)W習者對自身周圍的空間所產(chǎn)生波的認識。

實施例1

如圖1所示，圖例展示圓形波現(xiàn)象的演示裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

該演示裝置在連接桿3下端設有圓形盤狀容器1，所述盤狀容器1內(nèi)盛有清水且上部懸掛安裝有1個振子5，所述振子5固定安裝在連接桿3上，振子位于圓形盤狀容器1的圓心，并可以按照設定的頻率擊打水面；所述圓形盤狀容器1上部設置有光源4，所述光源4可以照射在盤狀容器1上；所述圓形盤狀容器1、振子5、光源4通過連接桿3和頂蓋2連接在一起形成一個整體；所述頂蓋2上部設置有懸吊桿，可以將裝置懸吊在空中。

下面結(jié)合附圖對該演示裝置的工作過程做詳細說明。

首先，參觀者或?qū)W習者將圓形盤狀容器1中充滿清水，打開光源4，此時可以看到在光源4照射下地面有圓形盤狀容器1的投影影像，隨后，參觀者或?qū)W習者啟動振子5，振子5按照一定的頻率擊打圓形盤狀容器1中的水面，通過地面的投影影像，參觀者或?qū)W習者可以清晰的看到圓形波。

實施例2

如圖2所示，圖例展示波的干涉現(xiàn)象演示裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

該演示裝置在連接桿3下端設有圓形盤狀容器1，所述盤狀容器1內(nèi)盛有清水且上部懸掛安裝有2個振子5，所述振子5固定安裝在連接桿3上，2個振子分別對稱位于圓形盤狀容器1的非圓心位置，并可以按照設定的頻率擊打水面；所述圓形盤狀容器1上部設置有光源4，所述光源4可以照射在盤狀容器1上；所述圓形盤狀容器1、振子5、光源4通過連接桿3和頂蓋2連接在一起形成一個整體；所述頂蓋2上部設置有懸吊桿，可以將裝置懸吊在空中。

下面結(jié)合附圖對該演示裝置的工作過程做詳細說明。

首先，參觀者或?qū)W習者將圓形盤狀容器1中充滿清水，打開光源4，此時可以看到在光源4照射下地面有圓形盤狀容器1的投影影像，隨后，參觀者或?qū)W習者啟動振子5，2個振子5同時按照一定的頻率擊打圓形盤狀容器1中的水面，通過地面的投影影像，參觀者或?qū)W習者可以清晰的看到波的干涉現(xiàn)象。

實施例3

如圖3所示，圖例展示波的衍射現(xiàn)象的演示裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

該演示裝置在連接桿3下端設有圓形盤狀容器1，所述盤狀容器1內(nèi)盛有清水且上部懸掛安裝有1個振子5，所述振子5固定安裝在連接桿3上，振子5位于圓形盤狀容器1的圓心，并可以按照設定的頻率擊打水面；所述盤狀容器1內(nèi)安裝有帶有缺口的圓形圍壩7，圓形圍壩7的圓心與圓形盤狀容器1的圓心相同，所述圓形盤狀容器1上部設置有光源4，所述光源4可以照射在盤狀容器1上；所述圓形盤狀容器1、振子5、光源4通過連接桿3和頂蓋2連接在一起形成一個整體；所述頂蓋2上部設置有懸吊桿，可以將裝置懸吊在空中。

下面結(jié)合附圖對該演示裝置的工作過程做詳細說明。

首先，參觀者或?qū)W習者將圓形盤狀容器1中充滿清水，打開光源4，此時可以看到在光源4照射下地面有圓形盤狀容器1的投影影像，隨后，參觀者或?qū)W習者啟動振子5，振子5按照一定的頻率擊打圓形盤狀容器1中的水面，通過地面的投影影像，參觀者或?qū)W習者可以清晰的看到波的衍射現(xiàn)象。

實施例4

如圖4所示，圖例展示駐波現(xiàn)象演示裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

該演示裝置在連接桿3下端設有跑道形盤狀容器1，所述盤狀容器1內(nèi)盛有清水且上部懸掛安裝有振子5，所述振子5固定安裝在連接桿3上，振子5位于跑道形盤狀容器1的一端位置，并可以按照設定的頻率擊打水面；所述跑道形盤狀容器1上部設置有光源4，所述光源4可以照射在跑道形盤狀容器1上；所述跑道形盤狀容器1、振子5、光源4通過連接桿3和頂蓋2連接在一起形成一個整體；所述頂蓋2上部設置有懸吊桿，可以將裝置懸吊在空中。

下面結(jié)合附圖對該演示裝置的工作過程做詳細說明。

首先，參觀者或?qū)W習者將圓形盤狀容器1中充滿清水，打開光源4，此時可以看到在光源4照射下地面有圓形盤狀容器1的投影影像，隨后，參觀者或?qū)W習者啟動振子5，振子5按照一定的頻率擊打矩形盤狀容器1中的水面，通過地面的投影影像，參觀者或?qū)W習者可以清晰的看到駐波現(xiàn)象。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。