專利名稱：單擺振動圖像描跡儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種演示單擺振動圖像的儀器，用于物理教學(xué)演示單擺運動的曲線。
背景技術(shù)：
原演示單擺振動圖像的儀器叫“單擺運動圖像演示儀”，也稱“砂擺”。原實驗方法是把鐵質(zhì)漏斗掛在支架上，下方放一塊硬紙板，在漏斗里裝滿細砂，讓漏斗擺動，同時沿著跟擺動方向垂直的方向勻速拉動硬紙板，因為每一時刻都從漏斗里漏出細砂，所以落在硬紙板上的細砂就記錄下各個時刻擺球的位置，顯示出一條曲線，這條曲線就是以橫軸表示時間、以縱軸表示位移的單擺振動圖像。由于該儀器自身存在一些弊端，因而在教學(xué)中難以使用。具體是(1)砂子難以均勻流出砂粒本身很難做到大小一致，在它從漏斗里流出時，砂粒相互擠壓，時常堵住漏斗口，流不出來。如果想讓砂粒順利地流出來，必須把漏斗口做得大些，但這樣一來，砂粒就會很快漏完，達不到實驗所需要的時間。要想把漏斗口做得很恰當，實際上是很困難的，只要有二三個砂?；ハ嘁粩D就會把漏斗口堵住。(2)漏砂子時間難以控制只要把砂子朝漏斗里一放，砂子就開始漏。想控制它從某個時刻開始漏，到某個時刻停止是不可能的。在不堵住的情況下，它總是從一進去就漏一直到漏完為止。(3)漏出的砂子難以回收由于漏出的砂子到處都是，因而回收困難。所用的砂子是經(jīng)過精選的，粗砂固然不行，過細也不行，如果象面粉一樣細，照樣漏不出來。精選砂子是一項很麻煩的工作，如果回收率不高，就必然加重了教師們選砂的工作量。(4)漏出的砂子難以形成嚴格的正弦曲線砂粒漏出到達下面的平板后，并不立刻靜止，而是滾動一段距離，所以所表現(xiàn)的曲線很粗，只是大體上看出一點正弦曲線的輪廓。(5)砂粒自身很難表現(xiàn)坐標單擺的軌跡應(yīng)該以橫坐標為時間，縱坐標為位移，所以應(yīng)該畫出和曲線相對應(yīng)的正交坐標。但砂粒自身很難完成這項工作，必須用人工先畫坐標。而人工所畫坐標和后來砂子流下形成的曲線卻很難對應(yīng)，誤差很大。(6)如果不用砂子，改用其它材料效果也不好由于用砂子存在種種弊端，教師們曾設(shè)想改用其它材料。如果改用漏墨水，墨水是液體，不堵塞，但時間同樣難以控制，并且墨水到處流，效果很不理想。有的教師改用毛筆隨擺球一起振動，用毛筆在紙上畫出圖像，但毛筆與紙張之間的摩擦力太大，以至于單擺根本振不起來。(7)學(xué)生難以觀察由于漏出的砂是平鋪在紙上的，立起來就都掉了，所以只能水平拿給學(xué)生看，很難觀察。所以，綜上所述，成功率低，可控性差，規(guī)范性差，可視性差是原儀器難以克服的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種單擺振動圖像描跡儀，提高實驗的成功率，讓實驗的成功率為100％；提高可控性，能夠任意控制單擺振動的時間；生成的圖像規(guī)范，能夠繪制嚴格的振動圖像，并自行繪制和圖像嚴格對應(yīng)的正交坐標；可視性強，能夠讓學(xué)生任意觀察。另外，還可以降低實驗難度，縮短實驗時間。
本實用新型的目的是以如下方式實現(xiàn)的該單擺振動圖像描跡儀，涉及支架和懸吊在支架橫梁上的擺動體，支架固定在一底座上并橫跨底座的寬度方向，底座的上板面為電絕緣體，在該上板面上前后對應(yīng)支架的位置裝有金屬薄片，擺動體為一底部帶尖的結(jié)構(gòu)，擺動體至少尖部為導(dǎo)電體，金屬薄片和擺動體尖部與高壓電源的兩個極電連接。
在支架橫梁的中部垂直固定一支桿，懸吊擺動體的細線為兩根，細線的上端連接在支桿上，連接點相距一定距離，這樣使擺動體兩連線上端叉開一定距離，避免形成圓錐擺。
懸吊擺動體的細線可以用非導(dǎo)電細線，然后另有導(dǎo)線連接擺動體，懸吊擺動體的細線也可以直接為導(dǎo)線，這樣可以節(jié)省專門的導(dǎo)線。
擺動體為一金屬圓錐體，采用金屬材料便于電連接。
擺動體為鐵質(zhì)，在支架的立桿上相對應(yīng)擺動體靠近時的高度上固定有可以將擺動體吸附的永久磁鐵。這樣，在演示前可以讓擺動體吸附在支架一邊，演示時，釋放擺動體后它就可以進行單擺往復(fù)運動。
在底座上支架的兩側(cè)設(shè)置有壓紙桿，用于將演示單擺振動的紙帶放在底座上平面后將紙帶壓住，使紙帶平整。
在底座上面的一端有拉紙桿用于夾持實驗紙張的一端，水平拉動動力連接在拉紙桿上。拉動動力可以用人手直接勻速拉動，也可以用小型電動機拖動。
電源部分為脈動高壓直流電源發(fā)生器，放置在底座內(nèi)。它可以提供脈動高壓直流電作用于擺動體與底座上板面的金屬薄片之間形成電火花。
敷設(shè)在底座上板面上的金屬薄片接電源正極，擺動體尖部與電源負極接通。
在底座上面上放有寬度相適應(yīng)的白紙，白紙與底座上面之間夾與白紙同樣大小的墨粉紙，白紙與墨粉紙構(gòu)成記錄單擺振動圖像的介質(zhì)。當然也可以不用墨粉紙，而直接通過擺動體與底座上板面的金屬薄片之間形成的電火花對白紙燒蝕后形成的斑點，只是這樣的效果稍差。
在使用時，首先調(diào)整擺動體與底座上板面的金屬薄片之間的距離，使擺動體尖端距金屬薄片2mm左右垂直距離，在給擺動體尖端和金屬薄片通電后能擊穿空氣產(chǎn)生電火花即可。下面的操作分為三步第一步讓擺動體擺動，加以高壓放電，不拉動紙帶，于是電火花在紙帶上縱向沿直線依次打出一系列墨點，這就是縱坐標。
第二步不讓擺動體擺動，加以高壓放電，拉動紙帶，電火花在紙帶上橫向沿直線依次打出一系列墨點，這就是橫坐標。
第三步讓擺動體擺動，加以高壓放電，勻速拉動紙帶，于是電火花在紙帶上沿正弦曲線依次打出一系列墨點，這就是單擺的振動圖像。
該單擺振動圖像描跡儀的優(yōu)點操作簡單，可控性好，圖像規(guī)范，可視性好，實驗過程省時省力。


附圖是本實用新型單擺振動圖像描跡儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照附圖，支架6固定在底座1上并橫跨底座1的寬度方向，在支架6橫梁的中部垂直固定一支桿9，在支桿9上用細導(dǎo)線10懸吊金屬圓錐擺動體4，細導(dǎo)線10為兩根，細導(dǎo)線10的上端連接在支桿9上，連接點相距一定距離，這樣使擺動體4在兩連線上端又開一定距離，避免形成圓錐擺。底座1的上板面為電絕緣性較好的膠木板，在該上板面上前后對應(yīng)支架6的位置裝有金屬薄片5，在底座1內(nèi)放置脈動高壓直流電源發(fā)生器2，底座1上板面上的金屬薄片5接電源正極，擺動體4通過懸吊導(dǎo)線10與電源負極接通，敷設(shè)在底座1上板面用于顯示單擺振動軌跡的材料是由白紙8和墨粉紙構(gòu)成，布置方法是在底座1上面上放有寬度相適應(yīng)的白紙8，與白紙8同樣大小的墨粉紙鋪在白紙的下面，在底座1上面的一端有拉紙桿7，夾持在實驗紙張的一端，拉紙桿7用于水平拖動白紙8和墨粉紙的移動。在底座1上支架6的兩側(cè)設(shè)置有壓紙桿3，用于將演示單擺振動的紙張放在底座1上平面后將紙壓住，使紙張平整。在支架6的立桿上相對應(yīng)擺動體4靠近時的高度上固定有可以將擺動體4暫時固定的部件，如果擺動體4為鐵質(zhì)，那么該部件可以為永久磁鐵，當然也可以采取其它方式固定，比如卡扣之類的結(jié)構(gòu)。這樣，在演示前可以讓擺動體4吸附在支架6的一邊，演示時，釋放擺動體4后它就可以進行單擺往復(fù)運動。底座1上板面的膠木板可以選擇長1米，寬0.2米；白紙8和墨粉紙可以長0.4米，寬0.18米；擺動體4底尖部距離底座上板面的金屬薄片2mm左右；高壓電源為3萬伏，放電周期為0.02秒。
權(quán)利要求1.一種單擺振動圖像描跡儀，涉及支架和懸吊在支架橫梁上的擺動體，其特征在于支架(6)固定在一底座(1)上并橫跨底座(1)的寬度方向，底座(1)的上板面為電絕緣體，在該上板面上前后對應(yīng)支架(6)的位置裝有金屬薄片(5)，擺動體(4)為一底部帶尖的結(jié)構(gòu)，擺動體(4)至少尖部為導(dǎo)電體，金屬薄片(5)和擺動體(4)尖部與高壓電源的兩個極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于在支架(6)橫梁的中部垂直固定一支桿(9)，懸吊擺動體(4)的細線(10)為兩根，細線的上端連接在支桿(9)上，連接點相距一定距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于懸吊擺動體(4)的細線(10)為導(dǎo)線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于擺動體(4)為一金屬圓錐體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于擺動體(4)為鐵質(zhì)，在支架(6)的立桿上相對應(yīng)擺動體(4)靠近時的高度上固定有可以將擺動體(4)吸附的永久磁鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于在底座(1)上支架的兩側(cè)設(shè)置有壓紙桿(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于在底座(1)上面的一端有用于夾持實驗紙張一端的拉紙桿(7)，水平拉動動力連接在拉紙桿(7)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于電源部分(2)為脈動高壓直流電源發(fā)生器，放置在底座(1)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于敷設(shè)在底座(1)上板面上的金屬薄片(5)接電源正極，擺動體(4)尖部與電源負極接通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單擺振動圖像描跡儀，其特征在于在底座(1)上板面上放有寬度相適應(yīng)的白紙(8)，白紙(8)下面有與白紙(8)同樣大小的墨粉紙，白紙(8)與墨粉紙構(gòu)成記錄單擺振動圖像的介質(zhì)。
專利摘要一種單擺振動圖像描跡儀，涉及支架和懸吊在支架橫梁上的擺動體，支架固定在一底座上并橫跨底座的寬度方向，底座的上板面為電絕緣體，在該上板面上前后對應(yīng)支架的位置裝有金屬薄片，擺動體為一底部帶尖的結(jié)構(gòu)，擺動體至少尖部為導(dǎo)電體，金屬薄片和擺動體尖部與高壓電源的兩個極電連接。該儀器用于物理教學(xué)演示單擺運動的曲線，用電火花在紙帶上打出一系列墨點作為單擺的振動圖像，操作簡單，可控性好，圖像規(guī)范，可視性好，實驗過程省時省力。
文檔編號G09B23/00GK2660623SQ0327135
公開日2004年12月1日 申請日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者劉景亭, 孔偉, 林曙光, 韓玉堂, 陳保華, 趙強, 楊華 申請人:兗礦集團有限公司