專利名稱：多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是涉及一種用于教學(xué)的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀。
國內(nèi)外關(guān)于機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的儀器，多為一件一功能，象本產(chǎn)品這樣幾乎能完成機(jī)械振動(dòng)教學(xué)中所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的儀器還沒有見創(chuàng)。我國中學(xué)現(xiàn)行教科書中有關(guān)振動(dòng)的各實(shí)驗(yàn)裝置，從實(shí)驗(yàn)原理到實(shí)驗(yàn)效果，多存在在問題，如“沙擺”的振動(dòng)周期會(huì)變化；用一根張緊的繩上掛幾個(gè)單擺的“擺的共振”裝置，演示中各擺球振幅會(huì)時(shí)而增大，時(shí)而減小，效果不好。
本實(shí)用新型的目的就是提供一種能質(zhì)量良好地描述出自由振動(dòng)的等幅圖象(即簡諧振動(dòng)的圖象)、受迫振動(dòng)的圖象和阻尼減幅振動(dòng)的圖象，還能以鮮明的對比性，良好地演示出決定單擺周期的因素，演示出受迫振動(dòng)的頻率與策動(dòng)力頻率之間的關(guān)系，演示出共振現(xiàn)象，也可以測量重力加速度的學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀。
本實(shí)用新型的解決方案是這樣的在支架11上架有可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)梁8，套管9與轉(zhuǎn)梁8連接，在套管9內(nèi)插有可上下移動(dòng)的策控桿10，前后推動(dòng)套管9或策控桿10，可使轉(zhuǎn)梁8轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)梁8上有若干個(gè)掛擺線的掛勾，用于掛實(shí)驗(yàn)重物(擺錘或擺球)，在支架11下部有可以拉動(dòng)移動(dòng)的拉紙板12，拉紙板12是與電動(dòng)拉繩裝置14的拉繩16連接，當(dāng)電動(dòng)拉繩裝置14工作時(shí)，拉動(dòng)拉紙板12勻速運(yùn)動(dòng)。策控桿10與控射夾6的動(dòng)端連接，壓下策桿10，可打開控射夾6，墨水可沿軟管5流下，策控桿10與套管9構(gòu)成開關(guān)，由引線拉到電動(dòng)拉繩裝置14使其工作，由電動(dòng)拉繩裝置14的拉繩16拉動(dòng)拉紙板12移動(dòng)。
采取上述方案，在轉(zhuǎn)梁8的掛勾上掛上不同的實(shí)驗(yàn)重物，就可以演示多種圖象。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是性能優(yōu)、功能多、使用方便、效果佳，能質(zhì)量良好地完成描繪簡諧振動(dòng)、受迫等幅振動(dòng)和阻尼減幅振動(dòng)三種振動(dòng)的圖象，還能質(zhì)量良好地演示決定單擺振動(dòng)周期的因素，演示受迫振動(dòng)的頻率與策動(dòng)力頻率的關(guān)系，演示共振現(xiàn)象，若再配用一只秒表，還能比較方便地完成測量重力加速度的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在大學(xué)教程中還可利用阻尼減幅振動(dòng)的圖象，通過測對數(shù)減縮 和周期T，由公式β＝ ／T，求阻尼因數(shù)β。
附圖是本實(shí)用新型的實(shí)施例附


圖1是結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是策動(dòng)部位局部放大視圖。
附圖3擺錘1的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4電動(dòng)拉繩裝置14的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5是電路連接示意圖。
在本實(shí)施例中，擺錘1是特制的，在擺錘1內(nèi)有與軟管5相連的射水頭3和與拉繩連接的施阻桿2。電動(dòng)拉繩裝置14是由小電機(jī)13為動(dòng)力，是安裝在橫板15上，其電源開關(guān)是用引線分別與策動(dòng)桿10、套管9相連，當(dāng)按下策動(dòng)桿10與套管9接觸時(shí)，接通電機(jī)拉繩裝置14使其工作。擺線7用于掛吊擺錘1或其它重物。
利用本實(shí)用新型可作如下演示1、演示簡諧振動(dòng)的圖象先向輸水瓶4注入適量的清水和墨水；使墨水能在射水頭3射出，將施阻桿2取下不用，在拉紙板12上鋪上白紙，推動(dòng)策控桿10一次，擺錘1開始振動(dòng)，推動(dòng)數(shù)次后，擺錘1擺到一定角度，壓下策控桿10，使電機(jī)13接通電源，拉紙板12被拉動(dòng)勻速運(yùn)動(dòng)，射水頭3射出的墨水落在白紙上形成正弦或余弦曲線的簡諧振動(dòng)。
2、演示阻尼減幅振動(dòng)圖象和受迫等幅振動(dòng)圖象將施阻桿2用吊線吊在轉(zhuǎn)梁8上，插入擺錘1內(nèi)，推策控桿10幾次，使擺錘的振幅增大到適當(dāng)值，停止推拉，然后壓下策控桿10，使拉紙板12勻速運(yùn)動(dòng)，射水頭3射出的墨水繪出清晰的減幅振動(dòng)圖象。如果按下策控桿10后，并不停止推拉，而是掌握適當(dāng)力幅繼續(xù)推拉策控桿10，使擺錘1的振幅保持不變，則繪出的是受迫等幅振動(dòng)圖象。
3、演示決定振動(dòng)周期因素的方法進(jìn)行這一內(nèi)容的演示，擺錘1、拉紙板12及小電機(jī)13卸下撤除不用，仍留用吊擺錘的兩根等長擺線，再取一根短擺線，把它掛在策控桿10下端，將兩個(gè)質(zhì)量相等的鐵球，分別勾掛在一根長擺線和另一根短擺線上，把質(zhì)量較大的鉛球勾掛到另一根長擺線上。
用兩手各使一具有等擺長而不同質(zhì)量的擺球，或者具有等質(zhì)量而不同擺長的擺球，從某幅值釋放而振動(dòng)，對比觀察它們振動(dòng)的快慢，不難發(fā)現(xiàn)短擺線上的鐵擺球振動(dòng)的快，兩根長擺線上質(zhì)量不等的鐵擺球和鉛擺球振動(dòng)都慢，而且同步。
這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明，單擺振動(dòng)的固有周期與擺球的質(zhì)量無關(guān)，與擺長有關(guān)，擺長長，固有周期大；擺長短，固有周期小。
4、演示受迫振動(dòng)的頻率與策動(dòng)力之間的關(guān)系進(jìn)行這一內(nèi)容的演示時(shí)，仍要使用兩根等長的長擺線來吊擺錘1，且在擺錘1的小孔內(nèi)插上取掉了吊線的施阻桿2(或把吊線纏繞在施阻桿2上端)，讓施阻桿2落壓在拉紙板12上，又用已配制的任一根短擺線，使之一端勾掛在策控桿10底端的掛勾上，另一端則勾吊起一個(gè)擺球。
推拉一次策控桿10，擺錘1作小幅度的阻尼振動(dòng)，擺球作幅度要大些的自由振動(dòng)。按觀察到的擺球振動(dòng)周期作為策動(dòng)力周期的標(biāo)準(zhǔn)，且使策動(dòng)力運(yùn)動(dòng)的角速度方向同擺球擺動(dòng)的角速度方向，這樣繼續(xù)推拉策動(dòng)桿10，則擺錘1和擺球都作在同一策動(dòng)力作用下的受迫振動(dòng)。在推拉幾次后，能夠看到擺錘1的振動(dòng)會(huì)穩(wěn)定下來(振幅不變)，這時(shí)，數(shù)數(shù)擺錘在一段時(shí)間里全振動(dòng)的次數(shù)，與策動(dòng)力在這同一段時(shí)間里的推拉次數(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)它們總是相等的。
5、演示共振現(xiàn)象的方法與步驟把上一演示裝置中的一根長擺線取下，換上已配制的又一根短擺線，并使每根擺線勾掛一個(gè)擺球，這樣三個(gè)單擺的擺長都不相等，它們的固有周期也就各不相同。
推拉一次策控桿10，觀察三個(gè)擺球作自由振動(dòng)的不同周期，然后，任選其中一個(gè)的固有周期作為策動(dòng)力周期標(biāo)準(zhǔn)，且使推拉策控桿10運(yùn)動(dòng)的角速度方向同該擺球擺動(dòng)的角速度方向，則三個(gè)單擺都在這同一策動(dòng)力作用下做受迫振動(dòng)，這時(shí)可以看到，隨著推拉次數(shù)的增加，該作為策動(dòng)力周期標(biāo)準(zhǔn)的擺球的振幅越來越大，有振幅的最大值，而其它兩個(gè)擺球的振幅很小，再改變選擇其他兩單擺的固有周期作為策動(dòng)力周期標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，所觀察到的現(xiàn)象仍相同。
這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，揭示的知識點(diǎn)是在受迫振動(dòng)中，當(dāng)策動(dòng)力的周期跟物體的固有周期相等的時(shí)候，振幅最大，這就是共振現(xiàn)象。
6、完成“單擺測重力加速度”的實(shí)驗(yàn)前面敘說的皆屬于用該新型儀器做的演示實(shí)驗(yàn)，其實(shí)它還具有完成學(xué)生實(shí)驗(yàn)用“單擺測重力加速度”的功能。
利用該裝置中穩(wěn)定的支架體，利用已定長度的一根長擺線和已定大小的鉛質(zhì)擺球，通過勾掛連接的方式，能很方便把它們組成標(biāo)準(zhǔn)擺長值的單擺，再配用一只秒表，參照教科書中敘述的實(shí)驗(yàn)步驟，就能完成測重力加速度的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。
凡開設(shè)有物理學(xué)科的普通高中、職高、中專、中技以及理工大學(xué)、師范大學(xué)均可使用本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特征在于在支架11上架有可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)梁8，套管9與轉(zhuǎn)梁8連接，轉(zhuǎn)梁8上有若干個(gè)掛擺線的掛勾；支架11下部有可以拉動(dòng)移動(dòng)的拉紙板12。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特征在于套管9內(nèi)插有可上下移動(dòng)的策控桿10，策控桿10與控射夾6的動(dòng)端連接，壓下策控桿10可打開控射夾6，墨水可沿軟管5流下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特征在于轉(zhuǎn)梁8上掛有擺錘1，擺錘1內(nèi)有與軟管5相連的射水頭3和與拉繩連接的施阻桿2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特征在于軟管5是與裝在支架11上部的輸水瓶4相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特征在于支架11下安裝有電動(dòng)拉繩裝置14，由電動(dòng)拉繩裝置14的拉繩16拉動(dòng)拉紙板12移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特征在于策動(dòng)桿10與套管9組成開關(guān)，由引線接到電動(dòng)拉繩裝置14使其工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特征在于拉紙板12有架在活動(dòng)橋板15上滾動(dòng)的滾輪，拉紙板12是架在支架11下部的滾筒上。
專利摘要一種多功能機(jī)械振動(dòng)圖象演示儀，其特點(diǎn)在于支架11上架有可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)梁8，套管9與轉(zhuǎn)梁8連接，轉(zhuǎn)梁8上有若干個(gè)掛鉤，支架11下部有可以由電機(jī)拉動(dòng)移動(dòng)的拉紙板12。其優(yōu)點(diǎn)是性能優(yōu)、功能多、使用方便、效果佳，能質(zhì)量良好地完成描繪簡諧振動(dòng)、受迫等幅振動(dòng)和阻尼減幅振動(dòng)等振動(dòng)的圖象。凡開設(shè)物理學(xué)科的普通高中、職高、中專、中技以及理工大學(xué)、師范大學(xué)均可使用。
文檔編號G09B23/08GK2202955SQ9420334
公開日1995年7月5日 申請日期1994年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月29日
發(fā)明者肖毅 申請人:柳州鐵路第二中學(xué)校