一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，結構簡單，使用方便，現象直觀，不僅能夠繪制彈簧振子做簡諧運動的圖像，并能夠結合電磁感應規律繪制出彈簧振子做阻尼振動的圖像和應用磁鐵之間的作用力繪制出受迫振動的圖像，該繪制彈簧振子簡諧機械振動圖像的實驗裝置包括玻璃板底座、振動滑軌、振動裝置、打點裝置和卷紙裝置。同時，該裝置還包括阻尼裝置和受迫裝置，以進行阻尼振動和受迫振動實驗的繪制。本實用新型是利用學生熟悉的電火花打點計時器而設計的繪制彈簧振子的機械振動圖像裝置，該裝置便于老師通過現場演示、學生親自實驗，使學生記憶深刻，理解透徹。
【專利說明】一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種物理實驗裝置，尤其是一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]簡諧運動是高中物理學習中很重要的一類運動，簡諧運動的圖像又是認識和學習簡諧運動的第一步和關鍵所在。高中課本中提供的用數碼相機和計算機繪制簡諧運動的圖像的方法操作不便，其它方法要么是難以實現，要么是誤差過大，都不適合在課堂中做演示實驗。目前，在簡諧運動中，模型彈簧振子最為經典，然而，目前缺少一種繪制簡諧運動圖像的實驗，十分方便的實現繪制彈簧振子的簡諧運動的圖像。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本實用新型提供一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，結構簡單，使用方便，不僅能夠繪制彈簧振子簡諧運動的圖像，并能夠結合電磁感應規律繪制出彈簧振子做阻尼振動的圖像和應用磁鐵之間的作用力繪制出受迫振動的圖像。
[0004]為實現上述目的，本實用新型提供的一種繪制彈簧振子機械振動圖像的實驗裝置，包括玻璃板底座、振動滑軌、振動裝置、打點裝置和卷紙裝置；所述的振動滑軌安裝在玻璃底座上，所述的振動滑軌包括兩個安裝在所述的玻璃板底座上的豎直玻璃板及安裝在兩個豎直玻璃板上面的橫向玻璃板；所述的振動裝置安裝在所述的橫向玻璃板上，且所述的振動裝置包括彈簧、彈簧掛鉤、振子和振動擋片；所述的打點裝置安裝在所述振動滑軌的后面，且所述的打點裝置包括打點計時器、放電針和粒墨粉紙；所述的卷紙裝置安裝在包括調速開關、減速電機、卷紙軸、鐵桶、卷紙固定軸和卷紙軸固定螺母；
[0005]進一步，為了實現該裝置具有阻尼實驗的功能，該裝置還包括阻尼裝置包括螺線圈、直流電源、開關和纏繞小線圈，其中所述的螺線圈、直流電源和開關組成回路安裝在所述的玻璃板底座上，且螺線圈位于所述的兩個豎直玻璃板的中間，纏繞小線圈掛在振子的下面。
[0006]進一步，為了實現該裝置同時具有受迫振動實驗的功能，該裝置還包括阻尼裝置，其中所述的受迫裝置包括螺線圈、直流電源、開關和磁鐵棒，其中所述的螺線圈、直流電源和開關組成回路安裝在所述的玻璃板底座上，且螺線圈位于所述的兩個豎直玻璃板的中間，磁鐵棒掛在振子的下面。
[0007]進一步，所述的振動滑軌的兩個豎直玻璃板之間的距離必須保證能夠使振子能上下做理想振動。
[0008]進一步，所述的振子選擇為砝碼。
[0009]進一步，所述的打點計時器輸出的一端與所述的振動裝置的彈簧掛鉤相連，另一端與所述的墨粉紙相連。
[0010]進一步，所述的卷紙裝置的調速開關與減速電機相連，卷紙軸與減速電機輸出端相連，所述的鐵桶可拆卸的安裝在卷紙軸上，用于卷紙和取下打好的紙，所述的卷紙固定軸用于放置卷紙，鐵桶上端設置一小孔，用于安裝卷紙軸固定螺母，利用卷紙軸固定螺母來固定卷紙軸。
[0011]進一步，所述的減速電機選擇為24V直流電機。
[0012]進一步，為了方便調節彈簧振子的高度，所述的振動裝置的彈簧掛鉤的上端還設有聞低調節的螺絲。
[0013]本實用新型的有益效果是:結構簡單，現象直觀，不僅可以方便的繪制出彈簧振子的簡諧運動的圖像，還可以用于阻尼振動和受迫振動圖像繪制。本實用新型利用學生熟悉的電火花打點計時器設計的用于繪制彈簧振子機械振動圖像的裝置可以快捷有效地繪制出簡諧運動的圖像，并在此基礎上結合電磁感應規律繪制出彈簧振子做阻尼振動的圖像和應用磁鐵之間的作用力繪制出受迫振動的圖像，便于老師通過現場演示、學生親自實驗，使學生記憶深刻，理解透徹。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的主視圖；
[0015]圖2是本實用新型的側視圖；
[0016]圖中:1、彈簧掛鉤，2、卷紙軸固定螺母，3、振動擋片，4、振子，5、減速電機，6、調速開關，7、玻璃板底座，8、螺絲，9、彈簧，10、卷紙固定軸，11、金屬板，12、豎直玻璃板，13、鐵桶，14、粉墨紙，15、直流電源，16、開關16，17、螺線圈，18、橫向玻璃板，19、卷紙軸。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0018]如圖1-2所示，本實用新型提供的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，包括玻璃板底座7、振動滑軌、振動裝置、打點裝置、卷紙裝置；振動滑軌安裝在玻璃底座7上，振動滑軌包括兩個安裝在玻璃板底座7上的豎直玻璃板12及安裝在兩個豎直玻璃板上面的橫向玻璃板18 ;振動裝置安裝在橫向玻璃板18上，且振動裝置包括彈簧
9、彈簧掛鉤1、振子4和振動擋片3;打點裝置安裝在振動滑軌的后面，且打點裝置包括打點計時器(圖中未示出)、放電針(圖中未示出)和墨粉紙14 ;卷紙裝置包括調速開關6、減速電機5、卷紙軸19、鐵桶13、卷紙固定軸10和卷紙軸固定螺母2。
[0019]其中，卷紙裝置的調速開關6與減速電機5相連，卷紙軸19與減速電機5輸出端相連，鐵桶13可拆卸的安裝在卷紙軸19上，用于卷紙和取下打好的紙，卷紙固定軸10用于放置卷紙，鐵桶13上端設置一小孔，用于安裝卷紙軸固定螺母2，利用卷紙軸固定螺母2來固定卷紙軸19。
[0020]為了實現該裝置同時具有阻尼振動實驗的功能，該裝置還可以包括阻尼裝置，阻尼裝置包括螺線圈17、直流電源15、開關16和纏繞小線圈，其中螺線圈17、直流電源15和開關16組成回路安裝在玻璃板底座7上，且位于兩個豎直玻璃板12的中間，纏繞小線圈掛在振子4的下面。
[0021]為了實現該裝置同時具有受迫振動實驗的功能，該裝置還可以包括受迫裝置，受迫裝置包括螺線圈17、直流電源15、開關16和磁鐵棒，其中螺線圈17、直流電源15和開關16組成回路安裝在玻璃板底座7上，且位于兩個豎直玻璃板12的中間，磁鐵棒掛在振子4的下面。
[0022]其中，振動滑軌的兩個豎直玻璃板12之間的距離必須保證能夠使振子4能上下做理想振動。
[0023]本實施例，用砝碼代替小球做振子4，并在彈簧掛鉤I上部設置兩個光滑的振動擋板3，以恰能被卡在兩個豎直玻璃板12組成的滑軌的邊槽里為準，這樣就會克服彈簧在振子4振動時產生的轉矩，使振子4和放電針不再左右搖晃。
[0024]本實施例中減速電機5選擇為24V直流電機。
[0025]為了便于調節振子的高度，振動裝置的彈簧掛鉤I的上端還設有高低調節的螺絲8。
[0026]在振動滑軌后立放一塊金屬板11，其上貼上墨粉紙14，墨粉紙14上再貼一層白紙。實驗時將打點計時器輸出的一端與彈簧的掛鉤I相連，相當于與放電針相連，另一端與墨粉紙14相連，當打開打點計時器的開關時，在放電針與墨粉紙14之間產生高壓脈沖電，擊穿空氣放電，從而在白紙上記錄下振子4所處的位置。此處打點的原理和打點計時器內的完全一致，只不過是挪到了外面而已。
[0027]卷紙裝置的調速開關6與減速電機5相連，卷紙軸19與減速電機5輸出端相連，卷紙軸19上安裝一個既穩定又能取下的鐵桶13，以便卷紙和取下打好的紙。在另一端安裝卷紙固定軸10，以放置紙卷之用，當減速電動機5工作的時候紙就會自動的在墨粉紙14上勻速地移動。另外，為了卷紙時，紙能緊貼在墨粉紙14上，使打的點清晰可見，應該使放置紙卷的轉軸與紙卷的摩擦顯著。
[0028]在利用本實用新型提供的實驗裝置繪制簡諧運動的圖像時，首先，將白紙覆蓋在墨粉紙14上并將一端粘在卷紙機的卷紙軸19上，接通卷紙機減速電機5的調速開關6使卷紙軸19轉動，從而使紙緊貼在墨粉紙上；然后，滑動金屬板11，調節其與放電針的距離，使放電現象明顯，打出的點清晰為止，再調節卷紙機減速電機5的調速開關6，使白紙移動并緊貼墨粉紙14 ;之后，調節振子4，使其與滑軌的摩擦最小，將振子4拉開平衡位置一段距離，輕放振子4使其做簡諧運動，打開電火花計時器的開關和卷紙機減速電機5的調速開關6，開始繪制簡諧運動的時間——位移圖像；最后，斷開電火花計時器的開關和卷紙機減速電機的調速開關6，取下打好的白紙，即為利用該實驗裝置繪制出的彈簧振子的位移——時間圖像，根據可知該圖像為正弦曲線。
[0029]在利用本實用新型提供的實驗裝置繪制阻尼振動的圖像時，首先在振子4下方的掛鉤上掛好銅線圈，使其底端處于大線圈的一半處；然后，閉合線圈開關，使振子4起振，打開打點計時器和卷紙機的開關；最后，斷開打點計時器和卷紙機的開關，取下打好的紙帶，得到結果，即為利用該實驗裝置繪制出的阻尼振動下彈簧振子的位移——時間圖像，根據的結果顯示可知，振子4在做阻尼振動時由于受到阻尼作用，振幅越來越小。
[0030]在利用本實用新型提供的實驗裝置繪制受迫振動的圖像時，首先，把磁鐵棒掛在振子上，調節振子，使其與滑軌的摩擦最小；然后使振子4起振，打開電火花打點計時器和卷紙機的開關，先使其振動一段時間，再不斷地閉合和打開開關，由于磁鐵棒受到了磁力的作用，振子4將按開關閉合的頻率振動；最后，取下打好的紙帶得到受迫振動的圖像，即為利用該實驗裝置繪制出的彈簧振子受迫振動的位移一時間圖像，根據可以發現當振子受到外力作用后開始按外力的頻率開始振動。
[0031]本實用新型利用學生熟悉的電火花打點計時器設計的繪制出彈簧振子的機械振動圖像裝置可以快捷有效地繪制出簡諧運動的圖像，并在此基礎上結合電磁感應規律繪制出彈簧振子做阻尼振動的圖像和應用磁鐵之間的作用力繪制出受迫振動的圖像，便于老師通過現場演示、學生親自實驗，使學生記憶深刻，理解透徹。
【權利要求】
1.一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，包括玻璃板底座、振動滑軌、振動裝置、打點裝置和卷紙裝置；所述的振動滑軌安裝在玻璃底座上，所述的振動滑軌包括兩個安裝在所述的玻璃板底座上的豎直玻璃板及安裝在兩個豎直玻璃板上面的橫向玻璃板；所述的振動裝置安裝在所述的橫向玻璃板上，所述的振動裝置包括彈簧、彈簧掛鉤、振子和振動擋片；所述的打點裝置安裝在所述振動滑軌的后面，且所述的打點裝置包括打點計時器、放電針和墨粉紙；所述的卷紙裝置包括調速開關、減速電機、卷紙軸、鐵桶、卷紙固定軸和卷紙軸固定螺母。
2.根據權利要求1所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，還包括阻尼裝置，所述的阻尼裝置包括螺線圈、直流電源、開關和纏繞的小線圈，其中所述的螺線圈、直流電源和開關組成回路安裝在所述的玻璃板底座上，且螺線圈位于所述的兩個豎直玻璃板的中間，所述的纏繞小線圈掛在所述的振子下面。
3.根據權利要求1所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，還包括受迫裝置，所述的受迫裝置包括螺線圈、直流電源、開關和磁鐵棒，其中所述的螺線圈、直流電源和開關組成回路安裝在所述的玻璃板底座上，且螺線圈位于所述的兩個豎直玻璃板的中間，所述的磁鐵棒掛在所述的振子下面。
4.根據權利要求1所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，所述的振動滑軌的兩個豎直玻璃板之間的距離必須保證能夠使振子上下做理想振動。
5.根據權利要求1所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，所述的振子為砝碼。
6.根據權利要求1所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，所述的打點計時器輸出的一端與所述的振動裝置的彈簧掛鉤相連，相當于與放電針相連，另一端與所述的墨粉紙相連。
7.根據權利要求1所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，所述的卷紙裝置的調速開關與減速電機相連，卷紙軸與減速電機轉軸相連，所述的鐵桶可拆卸的安裝在卷紙軸上，用于卷紙和取下打好的紙，所述的卷紙固定軸用于放置紙卷。
8.根據權利要求7所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，所述的減速電機為24V直流電機。
9.根據權利要求1所述的一種繪制簡諧運動、阻尼振動和受迫振動圖像的實驗裝置，其特征在于，所述的振動裝置的彈簧掛鉤的上端還設有調節振子高度的螺絲。
【文檔編號】G09B23/10GK203838923SQ201420190350
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】席靖 申請人:席靖