一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，结构简单，使用方便，现象直观，不仅能够绘制弹簧振子做简谐运动的图像，并能够结合电磁感应规律绘制出弹簧振子做阻尼振动的图像和应用磁铁之间的作用力绘制出受迫振动的图像，该绘制弹簧振子简谐机械振动图像的实验装置包括玻璃板底座、振动滑轨、振动装置、打点装置和卷纸装置。同时，该装置还包括阻尼装置和受迫装置，以进行阻尼振动和受迫振动实验的绘制。本实用新型是利用学生熟悉的电火花打点计时器而设计的绘制弹簧振子的机械振动图像装置，该装置便于老师通过现场演示、学生亲自实验，使学生记忆深刻，理解透彻。
【专利说明】一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种物理实验装置，尤其是一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置。
【背景技术】
[0002]简谐运动是高中物理学习中很重要的一类运动，简谐运动的图像又是认识和学习简谐运动的第一步和关键所在。高中课本中提供的用数码相机和计算机绘制简谐运动的图像的方法操作不便，其它方法要么是难以实现，要么是误差过大，都不适合在课堂中做演示实验。目前，在简谐运动中，模型弹簧振子最为经典，然而，目前缺少一种绘制简谐运动图像的实验，十分方便的实现绘制弹簧振子的简谐运动的图像。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本实用新型提供一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，结构简单，使用方便，不仅能够绘制弹簧振子简谐运动的图像，并能够结合电磁感应规律绘制出弹簧振子做阻尼振动的图像和应用磁铁之间的作用力绘制出受迫振动的图像。
[0004]为实现上述目的，本实用新型提供的一种绘制弹簧振子机械振动图像的实验装置，包括玻璃板底座、振动滑轨、振动装置、打点装置和卷纸装置；所述的振动滑轨安装在玻璃底座上，所述的振动滑轨包括两个安装在所述的玻璃板底座上的竖直玻璃板及安装在两个竖直玻璃板上面的横向玻璃板；所述的振动装置安装在所述的横向玻璃板上，且所述的振动装置包括弹簧、弹簧挂钩、振子和振动挡片；所述的打点装置安装在所述振动滑轨的后面，且所述的打点装置包括打点计时器、放电针和粒墨粉纸；所述的卷纸装置安装在包括调速开关、减速电机、卷纸轴、铁桶、卷纸固定轴和卷纸轴固定螺母；
[0005]进一步，为了实现该装置具有阻尼实验的功能，该装置还包括阻尼装置包括螺线圈、直流电源、开关和缠绕小线圈，其中所述的螺线圈、直流电源和开关组成回路安装在所述的玻璃板底座上，且螺线圈位于所述的两个竖直玻璃板的中间，缠绕小线圈挂在振子的下面。
[0006]进一步，为了实现该装置同时具有受迫振动实验的功能，该装置还包括阻尼装置，其中所述的受迫装置包括螺线圈、直流电源、开关和磁铁棒，其中所述的螺线圈、直流电源和开关组成回路安装在所述的玻璃板底座上，且螺线圈位于所述的两个竖直玻璃板的中间，磁铁棒挂在振子的下面。
[0007]进一步，所述的振动滑轨的两个竖直玻璃板之间的距离必须保证能够使振子能上下做理想振动。
[0008]进一步，所述的振子选择为砝码。
[0009]进一步，所述的打点计时器输出的一端与所述的振动装置的弹簧挂钩相连，另一端与所述的墨粉纸相连。
[0010]进一步，所述的卷纸装置的调速开关与减速电机相连，卷纸轴与减速电机输出端相连，所述的铁桶可拆卸的安装在卷纸轴上，用于卷纸和取下打好的纸，所述的卷纸固定轴用于放置卷纸，铁桶上端设置一小孔，用于安装卷纸轴固定螺母，利用卷纸轴固定螺母来固定卷纸轴。
[0011]进一步，所述的减速电机选择为24V直流电机。
[0012]进一步，为了方便调节弹簧振子的高度，所述的振动装置的弹簧挂钩的上端还设有闻低调节的螺丝。
[0013]本实用新型的有益效果是:结构简单，现象直观，不仅可以方便的绘制出弹簧振子的简谐运动的图像，还可以用于阻尼振动和受迫振动图像绘制。本实用新型利用学生熟悉的电火花打点计时器设计的用于绘制弹簧振子机械振动图像的装置可以快捷有效地绘制出简谐运动的图像，并在此基础上结合电磁感应规律绘制出弹簧振子做阻尼振动的图像和应用磁铁之间的作用力绘制出受迫振动的图像，便于老师通过现场演示、学生亲自实验，使学生记忆深刻，理解透彻。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的主视图；
[0015]图2是本实用新型的侧视图；
[0016]图中:1、弹簧挂钩，2、卷纸轴固定螺母，3、振动挡片，4、振子，5、减速电机，6、调速开关，7、玻璃板底座，8、螺丝，9、弹簧，10、卷纸固定轴，11、金属板，12、竖直玻璃板，13、铁桶，14、粉墨纸，15、直流电源，16、开关16，17、螺线圈，18、横向玻璃板，19、卷纸轴。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0018]如图1-2所示，本实用新型提供的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，包括玻璃板底座7、振动滑轨、振动装置、打点装置、卷纸装置；振动滑轨安装在玻璃底座7上，振动滑轨包括两个安装在玻璃板底座7上的竖直玻璃板12及安装在两个竖直玻璃板上面的横向玻璃板18 ;振动装置安装在横向玻璃板18上，且振动装置包括弹簧
9、弹簧挂钩1、振子4和振动挡片3;打点装置安装在振动滑轨的后面，且打点装置包括打点计时器(图中未示出)、放电针(图中未示出)和墨粉纸14 ;卷纸装置包括调速开关6、减速电机5、卷纸轴19、铁桶13、卷纸固定轴10和卷纸轴固定螺母2。
[0019]其中，卷纸装置的调速开关6与减速电机5相连，卷纸轴19与减速电机5输出端相连，铁桶13可拆卸的安装在卷纸轴19上，用于卷纸和取下打好的纸，卷纸固定轴10用于放置卷纸，铁桶13上端设置一小孔，用于安装卷纸轴固定螺母2，利用卷纸轴固定螺母2来固定卷纸轴19。
[0020]为了实现该装置同时具有阻尼振动实验的功能，该装置还可以包括阻尼装置，阻尼装置包括螺线圈17、直流电源15、开关16和缠绕小线圈，其中螺线圈17、直流电源15和开关16组成回路安装在玻璃板底座7上，且位于两个竖直玻璃板12的中间，缠绕小线圈挂在振子4的下面。
[0021]为了实现该装置同时具有受迫振动实验的功能，该装置还可以包括受迫装置，受迫装置包括螺线圈17、直流电源15、开关16和磁铁棒，其中螺线圈17、直流电源15和开关16组成回路安装在玻璃板底座7上，且位于两个竖直玻璃板12的中间，磁铁棒挂在振子4的下面。
[0022]其中，振动滑轨的两个竖直玻璃板12之间的距离必须保证能够使振子4能上下做理想振动。
[0023]本实施例，用砝码代替小球做振子4，并在弹簧挂钩I上部设置两个光滑的振动挡板3，以恰能被卡在两个竖直玻璃板12组成的滑轨的边槽里为准，这样就会克服弹簧在振子4振动时产生的转矩，使振子4和放电针不再左右摇晃。
[0024]本实施例中减速电机5选择为24V直流电机。
[0025]为了便于调节振子的高度，振动装置的弹簧挂钩I的上端还设有高低调节的螺丝8。
[0026]在振动滑轨后立放一块金属板11，其上贴上墨粉纸14，墨粉纸14上再贴一层白纸。实验时将打点计时器输出的一端与弹簧的挂钩I相连，相当于与放电针相连，另一端与墨粉纸14相连，当打开打点计时器的开关时，在放电针与墨粉纸14之间产生高压脉冲电，击穿空气放电，从而在白纸上记录下振子4所处的位置。此处打点的原理和打点计时器内的完全一致，只不过是挪到了外面而已。
[0027]卷纸装置的调速开关6与减速电机5相连，卷纸轴19与减速电机5输出端相连，卷纸轴19上安装一个既稳定又能取下的铁桶13，以便卷纸和取下打好的纸。在另一端安装卷纸固定轴10，以放置纸卷之用，当减速电动机5工作的时候纸就会自动的在墨粉纸14上匀速地移动。另外，为了卷纸时，纸能紧贴在墨粉纸14上，使打的点清晰可见，应该使放置纸卷的转轴与纸卷的摩擦显著。
[0028]在利用本实用新型提供的实验装置绘制简谐运动的图像时，首先，将白纸覆盖在墨粉纸14上并将一端粘在卷纸机的卷纸轴19上，接通卷纸机减速电机5的调速开关6使卷纸轴19转动，从而使纸紧贴在墨粉纸上；然后，滑动金属板11，调节其与放电针的距离，使放电现象明显，打出的点清晰为止，再调节卷纸机减速电机5的调速开关6，使白纸移动并紧贴墨粉纸14 ;之后，调节振子4，使其与滑轨的摩擦最小，将振子4拉开平衡位置一段距离，轻放振子4使其做简谐运动，打开电火花计时器的开关和卷纸机减速电机5的调速开关6，开始绘制简谐运动的时间——位移图像；最后，断开电火花计时器的开关和卷纸机减速电机的调速开关6，取下打好的白纸，即为利用该实验装置绘制出的弹簧振子的位移——时间图像，根据可知该图像为正弦曲线。
[0029]在利用本实用新型提供的实验装置绘制阻尼振动的图像时，首先在振子4下方的挂钩上挂好铜线圈，使其底端处于大线圈的一半处；然后，闭合线圈开关，使振子4起振，打开打点计时器和卷纸机的开关；最后，断开打点计时器和卷纸机的开关，取下打好的纸带，得到结果，即为利用该实验装置绘制出的阻尼振动下弹簧振子的位移——时间图像，根据的结果显示可知，振子4在做阻尼振动时由于受到阻尼作用，振幅越来越小。
[0030]在利用本实用新型提供的实验装置绘制受迫振动的图像时，首先，把磁铁棒挂在振子上，调节振子，使其与滑轨的摩擦最小；然后使振子4起振，打开电火花打点计时器和卷纸机的开关，先使其振动一段时间，再不断地闭合和打开开关，由于磁铁棒受到了磁力的作用，振子4将按开关闭合的频率振动；最后，取下打好的纸带得到受迫振动的图像，即为利用该实验装置绘制出的弹簧振子受迫振动的位移一时间图像，根据可以发现当振子受到外力作用后开始按外力的频率开始振动。
[0031]本实用新型利用学生熟悉的电火花打点计时器设计的绘制出弹簧振子的机械振动图像装置可以快捷有效地绘制出简谐运动的图像，并在此基础上结合电磁感应规律绘制出弹簧振子做阻尼振动的图像和应用磁铁之间的作用力绘制出受迫振动的图像，便于老师通过现场演示、学生亲自实验，使学生记忆深刻，理解透彻。
【权利要求】
1.一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，包括玻璃板底座、振动滑轨、振动装置、打点装置和卷纸装置；所述的振动滑轨安装在玻璃底座上，所述的振动滑轨包括两个安装在所述的玻璃板底座上的竖直玻璃板及安装在两个竖直玻璃板上面的横向玻璃板；所述的振动装置安装在所述的横向玻璃板上，所述的振动装置包括弹簧、弹簧挂钩、振子和振动挡片；所述的打点装置安装在所述振动滑轨的后面，且所述的打点装置包括打点计时器、放电针和墨粉纸；所述的卷纸装置包括调速开关、减速电机、卷纸轴、铁桶、卷纸固定轴和卷纸轴固定螺母。
2.根据权利要求1所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，还包括阻尼装置，所述的阻尼装置包括螺线圈、直流电源、开关和缠绕的小线圈，其中所述的螺线圈、直流电源和开关组成回路安装在所述的玻璃板底座上，且螺线圈位于所述的两个竖直玻璃板的中间，所述的缠绕小线圈挂在所述的振子下面。
3.根据权利要求1所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，还包括受迫装置，所述的受迫装置包括螺线圈、直流电源、开关和磁铁棒，其中所述的螺线圈、直流电源和开关组成回路安装在所述的玻璃板底座上，且螺线圈位于所述的两个竖直玻璃板的中间，所述的磁铁棒挂在所述的振子下面。
4.根据权利要求1所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，所述的振动滑轨的两个竖直玻璃板之间的距离必须保证能够使振子上下做理想振动。
5.根据权利要求1所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，所述的振子为砝码。
6.根据权利要求1所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，所述的打点计时器输出的一端与所述的振动装置的弹簧挂钩相连，相当于与放电针相连，另一端与所述的墨粉纸相连。
7.根据权利要求1所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，所述的卷纸装置的调速开关与减速电机相连，卷纸轴与减速电机转轴相连，所述的铁桶可拆卸的安装在卷纸轴上，用于卷纸和取下打好的纸，所述的卷纸固定轴用于放置纸卷。
8.根据权利要求7所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，所述的减速电机为24V直流电机。
9.根据权利要求1所述的一种绘制简谐运动、阻尼振动和受迫振动图像的实验装置，其特征在于，所述的振动装置的弹簧挂钩的上端还设有调节振子高度的螺丝。
【文档编号】G09B23/10GK203838923SQ201420190350
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】席靖 申请人:席靖