激光掃描法簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線演示儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型一般涉及一種物理演示實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種利用激光掃描法演示簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線合成過(guò)程的演示儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]在物理演示實(shí)驗(yàn)裝置中，尤其是力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中，經(jīng)常要演示物體作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振動(dòng)過(guò)程和振動(dòng)曲線。簡(jiǎn)諧振動(dòng)作為最基本的振動(dòng)，許多實(shí)際的周期振動(dòng)雖然不是簡(jiǎn)諧振動(dòng)卻可以看作多個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成的結(jié)果。因此，熟悉簡(jiǎn)諧振動(dòng)的規(guī)律，研究簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成對(duì)理解機(jī)械振動(dòng)、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(jiǎn)諧振動(dòng)的演示儀器較多，其中最為常見(jiàn)的是用小角度擺動(dòng)的沙漏來(lái)近似演示簡(jiǎn)諧振動(dòng)圖像。而沙擺等簡(jiǎn)諧振動(dòng)演示儀存在很多不足:①實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。如單線擺易形成圓錐擺；在沙粒下落的過(guò)程中，沙桶重心同時(shí)下降，使擺長(zhǎng)變長(zhǎng)；手拉動(dòng)硬紙板不能保證其勻速前行②沙擺畫出的圖像只能在水平面上觀察，不能以豎直平面圖像展現(xiàn)在學(xué)生面前，即可見(jiàn)度和觀察效果不好。③實(shí)驗(yàn)器材零散，不利于教學(xué)來(lái)回搬動(dòng)。④實(shí)驗(yàn)不具有拓展性，不具備一物多用，節(jié)約資金的優(yōu)點(diǎn)。在《教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)》2000年09期上“用示波器顯示氣墊彈簧振子的運(yùn)動(dòng)圖象” 一文中作者將機(jī)械振動(dòng)的位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)接入示波器，利用示波器的波形顯示原理來(lái)演示氣墊彈簧振子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)運(yùn)動(dòng)圖象。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，演示所用實(shí)驗(yàn)器材較多，波形顯示原理學(xué)生不易理解。作為演示實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)具備:實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、方便、易于操作；實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確；現(xiàn)象明顯可視度大，能激發(fā)學(xué)生的好奇心；實(shí)驗(yàn)具有拓展性、能啟迪學(xué)生思維、引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新、糾正知識(shí)理解困惑，擴(kuò)展學(xué)生視野。上述儀器顯然不能做到這一點(diǎn)，所以目前還沒(méi)有一臺(tái)簡(jiǎn)諧振動(dòng)演示儀器能達(dá)到以上要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一個(gè)能克服公知技術(shù)缺點(diǎn)，使用方便，可操作性強(qiáng)，演示效果好，結(jié)構(gòu)新穎的激光掃描法簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線演示儀。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案為:有一底座，在底座靠前的位置向上安裝有一由調(diào)速裝置控制的調(diào)速電機(jī)，一個(gè)旋轉(zhuǎn)六棱鏡安裝在電機(jī)軸上，一個(gè)矩形光屏安裝在底座上靠后的位置，一個(gè)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靠近光屏的側(cè)邊安裝，上安裝有振動(dòng)鏡片，一個(gè)激光器安裝在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的前面，激光器發(fā)生的光線經(jīng)電磁打點(diǎn)器上的振動(dòng)鏡和旋轉(zhuǎn)六棱鏡反射到光屏上形成簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線。
[0005]本實(shí)用新型技術(shù)方案的原理為:底座上安裝的調(diào)速電機(jī)，可在O —100轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在調(diào)速電機(jī)的軸上安裝有六棱形旋轉(zhuǎn)鏡，旋轉(zhuǎn)鏡是由六塊平面鏡組合而成的一個(gè)六棱柱體，用電動(dòng)機(jī)同軸帶動(dòng)它轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由電機(jī)調(diào)速器控制。振動(dòng)鏡是由一小塊平面鏡與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器簧片的一端粘合而成，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電后振動(dòng)鏡可以前后振動(dòng)，此時(shí)可將鏡片的振動(dòng)看著簡(jiǎn)諧振動(dòng)，改變打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振動(dòng)強(qiáng)度可改變簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振幅。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器也是安裝在儀器底座上。激光器安裝在振動(dòng)鏡的左前方，激光成一定角度打在振動(dòng)鏡上，經(jīng)振動(dòng)鏡反射后激光又打在六棱形旋轉(zhuǎn)鏡上，經(jīng)六棱形旋轉(zhuǎn)鏡反射后再打在儀器底座后方的光屏上，于是在光屏上就可看到合成的簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線。
[0006]下面結(jié)合圖示及實(shí)施例對(duì)方案作更詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0007]附圖1激光掃描法簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線演示儀。
【具體實(shí)施方式】
[0008]圖1為所述的多功能簡(jiǎn)諧振動(dòng)演示儀，有一底座5，底座5上安裝有控制箱1，激光器2，調(diào)速電機(jī)3。旋轉(zhuǎn)六棱鏡4安裝在調(diào)速電機(jī)上與電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)。激光器的右后方安裝電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器7，振動(dòng)鏡8是由一小塊平面鏡與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器簧片的一端粘合而成。底板的右后方安裝有光屏。激光器2，調(diào)速電機(jī)3，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器7的控制元件全部安裝在控制箱I內(nèi)。演示時(shí)接通激光器，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，調(diào)速電機(jī)。激光器2發(fā)出的激光首先打在振動(dòng)鏡上，經(jīng)振動(dòng)鏡反射后又打在六棱形旋轉(zhuǎn)鏡4上，經(jīng)六棱形旋轉(zhuǎn)鏡反射后再打在儀器底座后方的光屏6上，于是在光屏上就可以觀察到光點(diǎn)的振動(dòng)被展開(kāi)成一條正弦或余弦曲線的全過(guò)程，調(diào)節(jié)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振動(dòng)強(qiáng)度可改變正弦或余弦曲線的振幅，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可改變所演示正弦或余弦曲線的周期。
[0009]上述裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]第一，儀器結(jié)構(gòu)緊湊，用激光演示現(xiàn)象明顯，可視度大，能激發(fā)學(xué)生的好奇心。
[0011]第二，振動(dòng)鏡作前后振動(dòng)，旋轉(zhuǎn)鏡作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩運(yùn)動(dòng)通過(guò)激光合成后可以觀察到光點(diǎn)的振動(dòng)被展開(kāi)成一條正弦(或余弦)曲線的全過(guò)程，波形顯示原理如圖1所示，從而加深學(xué)生對(duì)振動(dòng)圖像的理解。通過(guò)演示學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線形成理解容易，記憶深刻。
[0012]第三，由于光源采用了光線性能較好的激光筆，加之垂直屏顯示，所以可見(jiàn)度較大，便于觀察，演示效果較好。
[0013]第四，儀器結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)思巧妙，操作方便，演示效果好對(duì)開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)有幫助。儀器也可方便老師和學(xué)生自制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光掃描法簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線演示儀，其特征在于:有一底座(5)，在底座靠前的位置向上安裝有一由調(diào)速裝置控制的調(diào)速電機(jī)(3)，一個(gè)旋轉(zhuǎn)六棱鏡(4)安裝在電機(jī)軸上，一個(gè)矩形光屏(6)安裝在底座上靠后的位置，一個(gè)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(7)靠近光屏的側(cè)邊安裝，上安裝有振動(dòng)鏡片，一個(gè)激光器(2)安裝在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的前面，激光器發(fā)生的光線經(jīng)電磁打點(diǎn)器上的振動(dòng)鏡和旋轉(zhuǎn)六棱鏡反射到光屏上形成簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激光掃描法簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線演示儀，有一底座（5）,在底座靠前的位置向上安裝有一由調(diào)速裝置控制的調(diào)速電機(jī)（3）,一個(gè)旋轉(zhuǎn)六棱鏡（4）安裝在電機(jī)軸上,一個(gè)矩形光屏（6）安裝在底座上靠后的位置,一個(gè)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（7）靠近光屏的側(cè)邊安裝,上安裝有振動(dòng)鏡片，一個(gè)激光器（2）安裝在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的前面，激光器發(fā)生的光線經(jīng)電磁打點(diǎn)器上的振動(dòng)鏡和旋轉(zhuǎn)六棱鏡反射到光屏上形成簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線。本儀器結(jié)構(gòu)緊湊，用激光演示現(xiàn)象明顯，可視度大。
【IPC分類】G09B23/06
【公開(kāi)號(hào)】CN204759842
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520443974
【發(fā)明人】代偉, 謝春茂, 黃軍, 羅薇, 李燕秋, 馬蘭
【申請(qǐng)人】西華師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月26日