受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 陳健與朱純主編《物理課程探究性實(shí)驗(yàn)》一書中，"實(shí)驗(yàn)Ξ十五，受迫振動(dòng)與共振"， 幾個(gè)長度不等的彈性金屬片固定在一根金屬支架上，支架一端固定一偏屯、馬達(dá)，馬達(dá)的轉(zhuǎn) 速是通過調(diào)節(jié)電源輸出電壓來控制，偏屯、馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)金屬支架和固定在支架上的彈性金 屬片振動(dòng)。彈黃片采用鋼銀條制成。
[0003] 該裝置類似于如圖1所示情況，不同的是馬達(dá)下的彈黃直接固定在了底座上。固 定鋼銀條的金屬片一端固定于稍高于底座的支撐架上，另一端固定在底座彈黃上，彈黃正 上方固定偏屯、馬達(dá)（電機(jī))，鋼銀條插入金屬片上的一種實(shí)驗(yàn)裝置，運(yùn)種裝置實(shí)驗(yàn)單一，效果 有限。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)提供一種受迫振動(dòng)與共振 綜合實(shí)驗(yàn)儀的技術(shù)方案。
[0005] 所述的受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，包括底座，其特征在于所述的底座上固定設(shè) 置左立柱和右立柱，所述的左立柱和右立柱之間從上至下設(shè)置第一橫梁和第二橫梁，所述 的第一橫梁一端與左立柱較接配合，另一端與設(shè)置在右立柱上的產(chǎn)生共振彈黃配合，所述 的第一橫梁頂面固定設(shè)置金屬片系統(tǒng)和產(chǎn)生共振電機(jī)，所述的第一橫梁底面固定設(shè)置單擺 系統(tǒng)和彈黃振子系統(tǒng)，所述的彈黃振子系統(tǒng)包括彈黃振子和固定在彈黃振子底部的破碼， 所述的彈黃振子的彈黃振子圓柱體穿過第二橫梁的通孔。
[0006] 所述的受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述的產(chǎn)生共振電機(jī)通過導(dǎo)線連 接電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器，所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器固定設(shè)置在底座上。
[0007] 所述的受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述的第二橫梁兩端設(shè)置U形 口，所述的第二橫梁的兩端U形口分別與左立柱和右立柱卡接配合后通過螺釘固定。
[0008] 上述的受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，設(shè)計(jì)合理，避免了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀的單一性，另外 又增加了除金屬片共振外的兩種受迫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不但可W進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn)，還能夠通過定 量計(jì)算有針對性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【附圖說明】
[0009] 圖1為現(xiàn)有受迫振動(dòng)演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖3為本實(shí)用新型進(jìn)行金屬片共振實(shí)驗(yàn)的原理圖；
[0012] 圖4為本實(shí)用新型進(jìn)行單擺共振實(shí)驗(yàn)的原理圖；
[0013] 圖5為本實(shí)用新型進(jìn)行彈黃振子共振實(shí)驗(yàn)的原理圖；
[0014]圖6為本實(shí)用新型中第二橫梁的結(jié)構(gòu)示意圖。
[001引 圖中：1-底座；2-左立柱；3-第二橫梁；301-通孔；302-U形口；303-螺釘；4-第 一橫梁；5-右立柱；6-產(chǎn)生共振彈黃；7-產(chǎn)生共振電機(jī)；8-導(dǎo)線；9-電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器； 10-金屬片系統(tǒng)；11-單擺系統(tǒng)；12-彈黃振子；13-彈黃振子圓柱體；14-破碼。
【具體實(shí)施方式】
[0016]W下結(jié)合說明書附圖來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
[0017] 如圖2和6所示，受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀包括底座1，底座1上固定設(shè)置左立 柱2和右立柱5,左立柱2和右立柱5之間從上至下設(shè)置第一橫梁4和第二橫梁3。第一橫 梁4 一端與左立柱2較接配合，另一端與設(shè)置在右立柱5上的產(chǎn)生共振彈黃6配合。第二 橫梁3兩端設(shè)置U形口 302,第二橫梁3的兩端U形口 302分別與左立柱2和右立柱5卡 接配合后通過螺釘303固定。第一橫梁4頂面固定設(shè)置金屬片系統(tǒng)10和共振產(chǎn)生電機(jī)7。 金屬片系統(tǒng)10由一組鋼銀條構(gòu)成。產(chǎn)生共振電機(jī)7通過導(dǎo)線8連接電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9,電 機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9用于控制產(chǎn)生共振電機(jī)7的轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9固定設(shè)置在底座1上。 第一橫梁4底面固定設(shè)置單擺系統(tǒng)11和彈黃振子系統(tǒng)。單擺系統(tǒng)11由一組單擺構(gòu)成。彈 黃振子系統(tǒng)包括彈黃振子12和固定在彈黃振子12底部的破碼14,彈黃振子12的彈黃振子 圓柱體13穿過第二橫梁3的通孔301。
[0018] 如圖3、4和5所示，本實(shí)用新型可進(jìn)行金屬片共振實(shí)驗(yàn)、單擺共振實(shí)驗(yàn)和彈黃振子 共振實(shí)驗(yàn)，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和內(nèi)涵。
[0019] 本實(shí)用新型改進(jìn)后的優(yōu)越性：
[0020] 改進(jìn)后的受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀：其一，可W做Ξ種不同類型的受迫實(shí)驗(yàn)； 其二，第一橫梁底面設(shè)置栓線活動(dòng)栓，用來固定不同擺長單擺；其Ξ，采用在立柱中間設(shè)置 能夠使彈黃振子圓柱體上下活動(dòng)的第二橫梁；運(yùn)樣的一種裝置，根據(jù)所做實(shí)驗(yàn)類型的需要， 就利用相應(yīng)的配置零件做相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)；第四，增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵；第五， 尤其單擺與彈黃振子實(shí)驗(yàn)可W通過定量計(jì)算，來有針對性地做相應(yīng)實(shí)驗(yàn)；
[0021] (1)鋼銀條的共振現(xiàn)象巧日圖3)
[0022] 系統(tǒng)在周期性外力的作用下會(huì)產(chǎn)生受迫振動(dòng)，不同長度的金屬片，其固有振動(dòng)頻 率不同，當(dāng)產(chǎn)生共振電機(jī)7W不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該強(qiáng)迫外力頻率與某一個(gè)金屬片固有振動(dòng) 頻率相同時(shí)，該金屬片受迫振動(dòng)的幅度將會(huì)達(dá)到極大值，即產(chǎn)生了共振。調(diào)節(jié)共振產(chǎn)生電機(jī) 7的轉(zhuǎn)速，就可改變強(qiáng)迫力的頻率，從而使不同長度的彈性金屬片先后產(chǎn)生共振。
[0023] (2)單擺實(shí)驗(yàn)原理巧日圖4)
[0024] 設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)速η(轉(zhuǎn)/秒)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω(弧度/秒)，感=遂編
[00巧]
……（1)
[0026] 單擺周期與擺長的關(guān)系：
[0027]
......似
[0028] 由（1)、（2)式得：
[0029]
......(3)
[0030] 可見，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速（η)改變時(shí)，使之單擺擺長剛好滿足（3)式，而計(jì)算出來的擺長 剛好符合8個(gè)擺長中的一個(gè)，那么該單擺就會(huì)跟隨電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而做周期性的擺動(dòng)。當(dāng)然，我 們也可W由（3)式得：
[0031]
......(4)
[0032] 根據(jù)（4)式，設(shè)計(jì)某一單擺擺長.，代入（4)式，計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速η，設(shè)置控制箱電機(jī) 轉(zhuǎn)速η，讓電機(jī)W該轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)樣就可看到對應(yīng)該擺長1的單擺做周期性擺動(dòng)，其擺動(dòng)周 期為（2)式計(jì)算結(jié)果。
[0033] (3)彈黃振子共振原理巧日圖5)
[0034] 設(shè)彈黃振子彈性系數(shù)k，彈黃振子下懸掛質(zhì)量m，彈黃陣子周期計(jì)算公式
[0035]
......巧）
[0036] 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度族二3;||:，要使彈黃振子跟隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生共振，必須有
[0038] 由上式可知，保證彈黃性質(zhì)不變，也就是在采用同一個(gè)彈黃振子條件下，即彈黃振 子下的破碼質(zhì)量m與電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成反比，若調(diào)節(jié)偏屯、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速（n)，使之滿足（5)式 時(shí)，彈黃振子就會(huì)產(chǎn)生周期性共振現(xiàn)象。或者由（6)式推導(dǎo)得
[0039]
......(7)
[0040] 根據(jù)（7)式，首先確定彈黃振子懸掛質(zhì)量m，代入（7)式，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速n，設(shè)置控制 箱電機(jī)轉(zhuǎn)速n，讓電機(jī)W轉(zhuǎn)速η轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)樣就可看到對應(yīng)該懸掛質(zhì)量m下，彈黃振子做周期性 振動(dòng)情況，其振動(dòng)周期為（5)式計(jì)算結(jié)果。
[0041] 如上Ξ個(gè)實(shí)驗(yàn)，在做其中某一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可將將與該實(shí)驗(yàn)無關(guān)的另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)元 件取下，而與該實(shí)驗(yàn)相關(guān)元件裝上，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0042]W上所述及圖中所示的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可W作出若干變型和改進(jìn)，運(yùn) 些也應(yīng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，包括底座（1 )，其特征在于所述的底座（1)上固定設(shè)置 左立柱（2)和右立柱（5)，所述的左立柱（2)和右立柱（5)之間從上至下設(shè)置第一橫梁（4) 和第二橫梁（3)，所述的第一橫梁（4) 一端與左立柱（2)鉸接配合，另一端與設(shè)置在右立柱 (5)上的產(chǎn)生共振彈簧（6)配合，所述的第一橫梁（4)頂面固定設(shè)置金屬片系統(tǒng)（10)和產(chǎn) 生共振電機(jī)（7)，所述的第一橫梁（4)底面固定設(shè)置單擺系統(tǒng)（11)和彈簧振子系統(tǒng)，所述的 彈簧振子系統(tǒng)包括彈簧振子（12)和固定在彈簧振子（12)底部的砝碼（14)，所述的彈簧振 子（12)的彈簧振子圓柱體（13)穿過第二橫梁（3)的通孔（301)。2. 如權(quán)利要求1所述的受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述的產(chǎn)生共振電機(jī) (7 )通過導(dǎo)線（8 )連接電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器（9 )，所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器（9 )固定設(shè)置在底座（1) 上。3. 如權(quán)利要求1所述的受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述的第二橫梁（3) 兩端設(shè)置U形口（302)，所述的第二橫梁（3)的兩端U形口（302)分別與左立柱（2)和右立 柱（5 )卡接配合后通過螺釘（303 )固定。
【專利摘要】受迫振動(dòng)與共振綜合實(shí)驗(yàn)儀，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域。其包括底座，底座上固定設(shè)置左立柱和右立柱，左立柱和右立柱之間從上至下設(shè)置第一橫梁和第二橫梁，第一橫梁一端與左立柱鉸接配合，另一端與設(shè)置在右立柱上的產(chǎn)生共振彈簧配合，第一橫梁頂面固定設(shè)置金屬片系統(tǒng)和產(chǎn)生共振電機(jī)，第一橫梁底面固定設(shè)置單擺系統(tǒng)和彈簧振子系統(tǒng)，彈簧振子系統(tǒng)包括彈簧振子和固定在彈簧振子底部的砝碼，彈簧振子的彈簧振子圓柱體穿過第二橫梁的通孔。本實(shí)用新型避免了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀的單一性，另外又增加了除金屬片共振外的兩種受迫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不但可以進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn)，還能夠通過定量計(jì)算有針對性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【IPC分類】G09B23/10
【公開號(hào)】CN205003913
【申請?zhí)枴緾N201520349938
【發(fā)明人】張銳波
【申請人】浙江大學(xué)城市學(xué)院
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年5月27日