專利名稱：一種固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，更具體地說(shuō)，是一種固定弦振動(dòng)研究的 實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
振動(dòng)和波是自然界中普遍存在的一種運(yùn)動(dòng)形式，在力(包括聲)、熱、電、 光各領(lǐng)域都可以廣泛觀察到。盡管它們有著本質(zhì)的不同，但在形式上都有相同的 規(guī)律，因此，借助機(jī)械振動(dòng)和波的規(guī)律的研究有利于對(duì)其它形式的振動(dòng)和波的規(guī) 律的認(rèn)識(shí)，為此，目前國(guó)內(nèi)大專院校關(guān)于機(jī)械振動(dòng)和波的規(guī)律的研究是物理教學(xué) 實(shí)驗(yàn)必修課題之一。而其實(shí)驗(yàn)裝置一般都采用以下方式將一根鋼絲弦一端固定 于頻率可調(diào)的振動(dòng)源，另一端通過(guò)一滑輪下掛一可裝砝碼的掛鉤，然后，啟動(dòng)振
動(dòng)源，使鋼絲弦振動(dòng)，來(lái)了解振動(dòng)在弦上傳播的規(guī)律及改變頻率和固定弦的張力， 測(cè)量均勻弦上橫波傳播速度和線密度。但其裝置的缺點(diǎn)是(l)無(wú)使鋼絲弦拉緊 裝置，因此，鋼絲弦在未懸掛砝碼或懸掛質(zhì)量較輕砝碼時(shí)鋼絲弦無(wú)法拉緊，其測(cè) 量的張力不確定因素較大，導(dǎo)致測(cè)量弦線上橫波的傳播速度和弦線的線密度的誤 差增大。(2)給鋼絲弦施加一定頻率時(shí)，鋼絲弦發(fā)生振動(dòng)，其振幅為最大時(shí)的頻 率為共振頻率，但由于該裝置無(wú)將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)功能，因此，其共 振頻率只能通過(guò)肉眼觀察并憑感覺(jué)加以確定，測(cè)量的重復(fù)性差。(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)為改 變鋼絲弦不同的張力，靠在鋼絲弦一端懸掛質(zhì)量不同的砝碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于其懸 掛點(diǎn)只有一個(gè)，所以測(cè)量次數(shù)受砝碼數(shù)量的限制。(4)為確定鋼絲弦的長(zhǎng)度，一 般按其所需在裝置上米尺的對(duì)應(yīng)處放置兩塊支撐板，而板的刀口頂著鋼絲弦，但 由于鋼絲弦的振動(dòng)，兩塊支撐板也會(huì)產(chǎn)生位移，也影響了測(cè)量的正確性。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供實(shí)驗(yàn)原理清楚、結(jié)構(gòu)更 為合理，并能提高測(cè)量精度和增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一種固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
一種固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一根鋼絲弦通過(guò)兩塊支撐板固定在機(jī) 架的表面上，在機(jī)架左右長(zhǎng)度的兩端上還分別設(shè)有弦拉緊裝置和張力改變裝置， 與所述鋼絲弦分別相連；張力改變裝置與質(zhì)量改變裝置相連；兩塊支撐板之間設(shè) 有信號(hào)發(fā)射接收的裝置。
作為一種改進(jìn)，所述弦拉緊裝置由調(diào)節(jié)圓柱、緊固螺釘、調(diào)節(jié)旋鈕、調(diào)節(jié)絲 桿組成；調(diào)節(jié)圓柱安裝在機(jī)架表面左側(cè)的長(zhǎng)形槽中，并可在槽中前后自由活動(dòng)， 調(diào)節(jié)絲桿穿過(guò)機(jī)架的左側(cè)板旋入調(diào)節(jié)圓柱，利用調(diào)節(jié)旋鈕控制調(diào)節(jié)圓柱的位移。
作為一種改進(jìn)，所述張力改變裝置由杠桿固定塊和杠桿組成；杠桿固定塊用 螺釘固定在機(jī)架的右側(cè)板上，杠桿插入杠桿固定塊的凹槽中并用銷釘固定，杠桿 可上下自由擺動(dòng)。
作為一種改進(jìn)，所述杠桿上設(shè)有至少一個(gè)以上的缺口，供懸掛砝碼之用。 作為一種改進(jìn)，所述杠桿的上表面上設(shè)有五個(gè)距離相等的缺口。 作為一種改進(jìn)，所述質(zhì)量改變裝置由砝碼和掛鉤組成；所述砝碼由一片 500g、 一片200g、 二片100g、 一片50g的黃銅圓塊構(gòu)成；所述掛鉤是將黃銅桿 的一頭彎成鉤狀，另一頭裝上一圓板構(gòu)成，掛鉤的重量為50g。
作為一種改進(jìn)，所述信號(hào)發(fā)射接收的裝置包括接收傳感器和驅(qū)動(dòng)傳感器；所 述接收傳感器內(nèi)裝有一空心線圈，空心線圈中插有鐵芯，鐵芯下端裝有一永久磁 鐵；所述驅(qū)動(dòng)傳感器內(nèi)裝有一空心線圈，空心線圈中插有鐵芯；所述的兩空心線 圈的引出端都接通有導(dǎo)線。驅(qū)動(dòng)傳感器接受信號(hào)源所發(fā)生的頻率，驅(qū)動(dòng)鋼絲弦振 動(dòng)，接收傳感器接收鋼絲弦振動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械波并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出至示波器。 作為一種改進(jìn)，所述鋼絲弦的一端固定有一包頭焊片，另一端固定有一銅圓 柱；包頭焊片端用緊固螺釘固定于所述調(diào)節(jié)圓柱的上端，銅圓柱端則被嵌入所述 杠桿的U形槽中。
作為一種改進(jìn)，所述支撐板的底部設(shè)有磁性橡皮，固定在機(jī)架的表面上。 作為一種改進(jìn)，所述機(jī)架的表面設(shè)有米尺。
本實(shí)用新型的原理是用兩塊帶磁性橡皮的支撐板配合米尺以確定鋼絲弦的 長(zhǎng)度，輔以信號(hào)源、示波器來(lái)完成機(jī)械振動(dòng)和波的規(guī)律的研究。其中，支撐板的 刀口高度剛好頂至鋼絲弦；二塊較弱磁性的橡皮粘貼于機(jī)架表面的前后，能吸住 支撐板，使其在鋼絲弦振動(dòng)時(shí)不引起移位；鋼絲弦可為三種不同規(guī)格的鋼絲，其直徑分別為0.2、 0.3、 0.4 mm，其一端固定一包頭焊片，另一端固定于一銅圓柱， 銅圓柱剛好嵌入杠桿的U形槽中。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有以下有益效果-
1、 本實(shí)用新型具有對(duì)鋼絲弦的拉緊裝置，使鋼絲弦的拉緊度(即張力)更 為準(zhǔn)確，提高了測(cè)量精度；
2、 本實(shí)用新型利用杠桿使相同質(zhì)量的砝碼有五個(gè)懸掛點(diǎn)，即有五種不同的 鋼絲弦的拉緊度(即張力)提供測(cè)量，增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；
3、 本實(shí)用新型機(jī)架的表面粘貼有磁性橡皮，避免在鋼絲弦振動(dòng)時(shí)，支撐板 發(fā)生位移，保證己確定的鋼絲弦長(zhǎng)度的正確性；
4、 本實(shí)用新型的傳感器能將機(jī)械波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并通過(guò)示波器觀察到波的 形狀、波幅大小、共振波數(shù)量等，形象直觀，并使共振頻率的確定更為準(zhǔn)確，相 應(yīng)提高了波速、線密度測(cè)量的精度。


圖l是本實(shí)用新型的主視圖； 圖2是圖1的俯視圖3是圖1中驅(qū)動(dòng)傳感器9的結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖4是圖1中接收傳感器7的結(jié)構(gòu)剖視圖5是本實(shí)用新型具體實(shí)施應(yīng)用圖。 圖6是圖5中杠桿5的具體示意圖。
圖中:機(jī)架l 杠桿固定塊2 砝碼3 掛鉤4 杠桿5 支撐板6 接 收傳感器7 鋼絲弦8 驅(qū)動(dòng)傳感器9 調(diào)節(jié)圓柱IO 緊固螺釘ll 調(diào)節(jié) 旋鈕12 調(diào)節(jié)絲桿13 導(dǎo)線14 磁性橡皮15 鐵芯16 空心線圈17 米尺18永久磁鐵19傳感器底蓋板20示波器71 信號(hào)源9具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述 見(jiàn)圖1、 2中，本實(shí)用新型的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一根鋼絲弦 8通過(guò)兩塊支撐板6固定在機(jī)架1的表面上，在機(jī)架1左右長(zhǎng)度的兩端上還分別 設(shè)有弦拉緊裝置和張力改變裝置，與所述鋼絲弦8分別相連；張力改變裝置與質(zhì)
6量改變裝置相連；兩塊支撐板6之間設(shè)有信號(hào)發(fā)射接收的裝置。
支撐板6采用A3鐵板材料制成，刀口高度剛好頂至鋼絲弦8;鋼絲弦8裝 有包頭焊片的一端用緊固螺釘11將包頭焊片緊固在調(diào)節(jié)圓柱10上，鋼絲弦8 裝有銅柱一端嵌入杠桿5的U形槽中，驅(qū)動(dòng)傳感器9置于機(jī)架1表面的左側(cè)， 接收傳感器7置于機(jī)架1表面的右側(cè)，二者距離應(yīng)大于10Cm，鋼絲弦8應(yīng)對(duì)準(zhǔn) 兩傳感器的鐵芯16中心；支撐板6應(yīng)分別置于驅(qū)動(dòng)傳感器9、接收傳感器7的 左右側(cè)，其刀口位置應(yīng)按所需距離與米尺18所示相符，兩傳感器的導(dǎo)線14朝機(jī) 架1后方。
圖3中為接收傳感器7結(jié)構(gòu)剖視圖。接收傳感器7中裝有一空心線圈17， 空心線圈17上部平面與傳感器外殼平面齊平，鐵芯16插于空心線圈17之中， 鐵芯16上端高出空心線圈17上部平面0. 5mm，鐵芯16下端與永久磁鐵19相 接，空心線圈17下部的兩引線與導(dǎo)線14焊接，再將傳感器底蓋板20固定于傳 感器外殼底部。
圖4為驅(qū)動(dòng)傳感器9結(jié)構(gòu)剖視圖。驅(qū)動(dòng)傳感器9中裝有一空心線圈17，空 心線圈17上部平面與傳感器外殼平面齊平，鐵芯16插于空心線圈17之中，鐵 芯16上端高出空心線圈17上部平面0. 5mm，空心線圈17下部的兩引線與導(dǎo)線 14焊接，再將傳感器底蓋板20固定于傳感器外殼底部。
圖5和圖6為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)傳感器9與輔助設(shè)備信 號(hào)源91連接，接收傳感器7與輔助設(shè)備示波器71的Yl端連接；把兩塊支撐板 6放在鋼絲弦8下相距為丄的兩點(diǎn)上(它們決定振動(dòng)弦的長(zhǎng)度)，在杠桿5上掛 缺碼3 (500g或lkg可選)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕12，使杠桿5水平，這樣精確地 確定鋼絲弦8的拉緊度，如果懸掛的砝碼3質(zhì)量為"M "，在杠桿5的掛鉤槽1
處，鋼絲弦8的拉緊度(張力)等于lAfg， g為重力加速度(g = 9.80m/^ )，如 果掛在掛鉤槽2處，鋼絲弦8張力為2Mg，……。即相同質(zhì)量砝碼3其懸掛點(diǎn)
為5個(gè)，能體現(xiàn)鋼絲弦8的5種不同的張力；調(diào)節(jié)信號(hào)源91，逐漸提高信號(hào)發(fā) 生器頻率并施加于驅(qū)動(dòng)傳感器9，使鋼絲弦8振動(dòng)，振動(dòng)機(jī)械波由接收傳感器7 接收，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入示波器71，觀察示波器71接收到的波形振幅的改變 及明顯的駐波波形，同時(shí)觀察鋼絲弦8，可看到有明顯的振幅。當(dāng)鋼絲弦8振動(dòng) 最大時(shí)，示波器71接收到的波形振幅最大，鋼絲弦8達(dá)到了共振，這時(shí)的駐波
7頻率就是共振頻率。記下示波器71上波形的周期，即可得到共振頻率/ 。再增
加輸出頻率，連續(xù)找出幾個(gè)共振頻率G 5個(gè))，當(dāng)駐波的頻率較高，鋼絲弦8 上形成幾個(gè)波腹、波節(jié)時(shí)，鋼絲弦8的振幅會(huì)較小，肉眼可能不易觀察到。這時(shí) 先把接收線圈移向右邊支承板6，再逐步向左移動(dòng)，同時(shí)觀察示波器71，找出并 記下波腹和波節(jié)的個(gè)數(shù)及每個(gè)波腹和波節(jié)的位置。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，計(jì)算出共振波 的波長(zhǎng)(兩個(gè)相鄰波節(jié)的距離等于半波長(zhǎng))；然后再移動(dòng)支撐板6，改變鋼絲弦8 的長(zhǎng)度，根據(jù)上述步驟重復(fù)數(shù)次，記錄在不同的弦長(zhǎng)時(shí)的共振頻率；放置兩塊支 撐板6相距為60cw，并保持不變，通過(guò)改變鋼絲弦8的張力，其張力由砝碼3 所掛的位置決定(如圖6所示)，這些位置的張力成l、 2、 3、 4、 5的整倍數(shù)關(guān) 系)，測(cè)量并記錄下不同張力下的駐波的共振頻率和張力，并觀察示波器71上的
共振波的波形(幅度和頻率)，求得/后，則可求得線密度
—"、r
式中丄為弦長(zhǎng)，/為駐波共振頻率，"為波腹數(shù)，r為張力
根據(jù)7 = 1|^算出波速，這一波速與^ = /><;1 (/是共振頻率，；i是波長(zhǎng))作 a
比較。作出張力與波速的關(guān)系圖；然后再更換不同直徑的鋼絲弦8，改變其線密 度，根據(jù)上述步驟。觀察共振頻率是否與弦的線密度有關(guān)，共振波的波形是否與 弦的線密度有關(guān)。
最后，還要注意的是，以上列舉的僅是本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例。顯然, 本實(shí)用新型還可以有許多變形，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi) 容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一根鋼絲弦(8)通過(guò)兩塊支撐板(6)固定在機(jī)架(1)的表面上，其特征在于，在機(jī)架(1)左右長(zhǎng)度的兩端上還分別設(shè)有弦拉緊裝置和張力改變裝置，與所述鋼絲弦(8)分別相連；張力改變裝置與質(zhì)量改變裝置相連；兩塊支撐板(6)之間設(shè)有信號(hào)發(fā)射接收的裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述弦拉 緊裝置由調(diào)節(jié)圓柱(10)、緊固螺釘(11)、調(diào)節(jié)旋鈕(12)、調(diào)節(jié)絲桿(13) 組成；調(diào)節(jié)圓柱(10)安裝在機(jī)架(1)表面左側(cè)的長(zhǎng)形槽中，并可在槽中前 后自由活動(dòng)，調(diào)節(jié)絲桿(13)穿過(guò)機(jī)架(1)的左側(cè)板旋入調(diào)節(jié)圓柱(10)， 利用調(diào)節(jié)旋鈕(12)控制調(diào)節(jié)圓柱(10)的位移。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述張力 改變裝置由杠桿固定塊(2)和杠桿(5)組成；杠桿固定塊(2)用螺釘固定 在機(jī)架(1)的右側(cè)板上，杠桿(5)插入杠桿固定塊(2)的凹槽中并用銷釘 固定，杠桿(5)可上下自由擺動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述杠桿 (5)上設(shè)有至少一個(gè)以上的缺口，供懸掛砝碼(3)之用。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述杠桿 (5)的上表面上設(shè)有五個(gè)距離相等的缺口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述質(zhì)量 改變裝置由砝碼(3)和掛鉤(4)組成；所述砝碼(3)由一片500g、 一片 200g、 二片100g、 一片50g的黃銅圓塊構(gòu)成；所述掛鉤(4)是將黃銅桿的 一頭彎成鉤狀，另一頭裝上一圓板構(gòu)成，掛鉤(4)的重量為50g。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述信號(hào) 發(fā)射接收的裝置包括接收傳感器(7)和驅(qū)動(dòng)傳感器(9);所述接收傳感器(7) 內(nèi)裝有一空心線圈(17)，空心線圈(17)中插有鐵芯(16),鐵芯(16)下 端裝有一永久磁鐵(19);所述驅(qū)動(dòng)傳感器(9)內(nèi)裝有一空心線圈(17)，空 心線圈(17)中插有鐵芯(16);所述的兩空心線圈(17)的引出端都接通有 導(dǎo)線(14)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述鋼絲 弦(8)的一端固定有一包頭焊片，另一端固定有一銅圓柱；包頭焊片端用緊 固螺釘(11)固定于所述調(diào)節(jié)圓柱(10)的上端，銅圓柱端則被嵌入所述杠桿(5)的U形槽中。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述支撐 板(6)的底部設(shè)有磁性橡皮(15)，固定在機(jī)架(1)的表面上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述機(jī)架 (1)的表面設(shè)有米尺(18)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，旨在提供一種固定弦振動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置包括一根鋼絲弦通過(guò)兩塊支撐板固定在機(jī)架的表面上，在機(jī)架左右長(zhǎng)度的兩端上還分別設(shè)有弦拉緊裝置和張力改變裝置，與所述鋼絲弦分別相連；張力改變裝置與質(zhì)量改變裝置相連；兩塊支撐板之間設(shè)有信號(hào)發(fā)射接收的裝置。本實(shí)用新型相比以前的實(shí)驗(yàn)裝置，其實(shí)驗(yàn)原理清楚、結(jié)構(gòu)更為合理，并能提高測(cè)量精度和增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
文檔編號(hào)G09B23/06GK201331860SQ20092011286
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者樂(lè)培界, 隋成華 申請(qǐng)人:樂(lè)培界