激光扫描法简谐振动正弦曲线演示仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型一般涉及一种物理演示实验装置，特别是一种利用激光扫描法演示简谐振动正弦曲线合成过程的演示仪器。
【背景技术】
[0002]在物理演示实验装置中，尤其是力学实验装置中，经常要演示物体作简谐振动的振动过程和振动曲线。简谐振动作为最基本的振动，许多实际的周期振动虽然不是简谐振动却可以看作多个简谐振动合成的结果。因此，熟悉简谐振动的规律，研究简谐振动的合成对理解机械振动、光波和声波的干涉和衍射等现象都有着重要意义。演示物体作简谐振动的演示仪器较多，其中最为常见的是用小角度摆动的沙漏来近似演示简谐振动图像。而沙摆等简谐振动演示仪存在很多不足:①实验结果不准确。如单线摆易形成圆锥摆；在沙粒下落的过程中，沙桶重心同时下降，使摆长变长；手拉动硬纸板不能保证其匀速前行②沙摆画出的图像只能在水平面上观察，不能以竖直平面图像展现在学生面前，即可见度和观察效果不好。③实验器材零散，不利于教学来回搬动。④实验不具有拓展性，不具备一物多用，节约资金的优点。在《教学仪器与实验》2000年09期上“用示波器显示气垫弹簧振子的运动图象” 一文中作者将机械振动的位移转换成电信号接入示波器，利用示波器的波形显示原理来演示气垫弹簧振子的简谐振动运动图象。这种设计结构复杂，演示所用实验器材较多，波形显示原理学生不易理解。作为演示实验仪器应具备:实验装置简单、方便、易于操作；实验结果准确；现象明显可视度大，能激发学生的好奇心；实验具有拓展性、能启迪学生思维、引导学生创新、纠正知识理解困惑，扩展学生视野。上述仪器显然不能做到这一点，所以目前还没有一台简谐振动演示仪器能达到以上要求。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一个能克服公知技术缺点，使用方便，可操作性强，演示效果好，结构新颖的激光扫描法简谐振动正弦曲线演示仪。
[0004]为实现上述目的，本实用新型的方案为:有一底座，在底座靠前的位置向上安装有一由调速装置控制的调速电机，一个旋转六棱镜安装在电机轴上，一个矩形光屏安装在底座上靠后的位置，一个电磁打点计时器靠近光屏的侧边安装，上安装有振动镜片，一个激光器安装在电磁打点计时器的前面，激光器发生的光线经电磁打点器上的振动镜和旋转六棱镜反射到光屏上形成简谐振动正弦曲线。
[0005]本实用新型技术方案的原理为:底座上安装的调速电机，可在O —100转/分的范围内进行调节。在调速电机的轴上安装有六棱形旋转镜，旋转镜是由六块平面镜组合而成的一个六棱柱体，用电动机同轴带动它转动。电动机的转速由电机调速器控制。振动镜是由一小块平面镜与电磁打点计时器簧片的一端粘合而成，电磁打点计时器通电后振动镜可以前后振动，此时可将镜片的振动看着简谐振动，改变打点计时器的振动强度可改变简谐振动的振幅。电磁打点计时器也是安装在仪器底座上。激光器安装在振动镜的左前方，激光成一定角度打在振动镜上，经振动镜反射后激光又打在六棱形旋转镜上，经六棱形旋转镜反射后再打在仪器底座后方的光屏上，于是在光屏上就可看到合成的简谐振动正弦曲线。
[0006]下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。
【附图说明】
[0007]附图1激光扫描法简谐振动正弦曲线演示仪。
【具体实施方式】
[0008]图1为所述的多功能简谐振动演示仪，有一底座5，底座5上安装有控制箱1，激光器2，调速电机3。旋转六棱镜4安装在调速电机上与电机同轴旋转。激光器的右后方安装电磁打点计时器7，振动镜8是由一小块平面镜与电磁打点计时器簧片的一端粘合而成。底板的右后方安装有光屏。激光器2，调速电机3，电磁打点计时器7的控制元件全部安装在控制箱I内。演示时接通激光器，电磁打点计时器，调速电机。激光器2发出的激光首先打在振动镜上，经振动镜反射后又打在六棱形旋转镜4上，经六棱形旋转镜反射后再打在仪器底座后方的光屏6上，于是在光屏上就可以观察到光点的振动被展开成一条正弦或余弦曲线的全过程，调节电磁打点计时器的振动强度可改变正弦或余弦曲线的振幅，调节电机的转速可改变所演示正弦或余弦曲线的周期。
[0009]上述装置具有以下优点:
[0010]第一，仪器结构紧凑，用激光演示现象明显，可视度大，能激发学生的好奇心。
[0011]第二，振动镜作前后振动，旋转镜作匀速圆周运动，两运动通过激光合成后可以观察到光点的振动被展开成一条正弦(或余弦)曲线的全过程，波形显示原理如图1所示，从而加深学生对振动图像的理解。通过演示学生对简谐振动正弦曲线形成理解容易，记忆深刻。
[0012]第三，由于光源采用了光线性能较好的激光笔，加之垂直屏显示，所以可见度较大，便于观察，演示效果较好。
[0013]第四，仪器结构紧凑，构思巧妙，操作方便，演示效果好对开发学生的创新思维，培养学生工程意识有帮助。仪器也可方便老师和学生自制。
【主权项】
1.一种激光扫描法简谐振动正弦曲线演示仪，其特征在于:有一底座(5)，在底座靠前的位置向上安装有一由调速装置控制的调速电机(3)，一个旋转六棱镜(4)安装在电机轴上，一个矩形光屏(6)安装在底座上靠后的位置，一个电磁打点计时器(7)靠近光屏的侧边安装，上安装有振动镜片，一个激光器(2)安装在电磁打点计时器的前面，激光器发生的光线经电磁打点器上的振动镜和旋转六棱镜反射到光屏上形成简谐振动正弦曲线。
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光扫描法简谐振动正弦曲线演示仪，有一底座（5）,在底座靠前的位置向上安装有一由调速装置控制的调速电机（3）,一个旋转六棱镜（4）安装在电机轴上,一个矩形光屏（6）安装在底座上靠后的位置,一个电磁打点计时器（7）靠近光屏的侧边安装,上安装有振动镜片，一个激光器（2）安装在电磁打点计时器的前面，激光器发生的光线经电磁打点器上的振动镜和旋转六棱镜反射到光屏上形成简谐振动正弦曲线。本仪器结构紧凑，用激光演示现象明显，可视度大。
【IPC分类】G09B23/06
【公开号】CN204759842
【申请号】CN201520443974
【发明人】代伟, 谢春茂, 黄军, 罗薇, 李燕秋, 马兰
【申请人】西华师范大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月26日