本發(fā)明涉及一種物理教學(xué)演示儀，特別是一種振動波動演示儀。

背景技術(shù)：

振動和波動是物理教學(xué)中的重要內(nèi)容，學(xué)生在課堂上只憑教師講解很難理解抽象的理論和規(guī)律，所以有必要在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示以提高教學(xué)效果?，F(xiàn)有技術(shù)存在相應(yīng)的不足，如：“激光掃描法簡諧振動正弦曲線演示儀(申請?zhí)朇N201520443974.7)”采用打點(diǎn)計(jì)時器作為振動源，該裝置頻率不可調(diào)節(jié)或者調(diào)節(jié)范圍非常小，采用六棱鏡驅(qū)動產(chǎn)生的曲線不連續(xù)，每個鏡片之間會有斷點(diǎn)；“一種簡諧振動演示儀(申請?zhí)朇N201521082225.2)”采用絲杠驅(qū)動，速度較慢，直觀視覺現(xiàn)象不明顯；“一種簡諧振動演示裝置(申請?zhí)朇N201420059072.9)”采用彈簧作為振動源，由于摩擦存在其振幅會明顯衰減，而且單一彈簧無法改變頻率?！耙环N物理教學(xué)用的圖像振動演示裝置(申請?zhí)朇N201520815926.6)”采用手搖驅(qū)動，速度不穩(wěn)，小車振動頻率與紙帶轉(zhuǎn)動速度關(guān)系恒定，無法演示不同的頻率和波速時波形的變化。上述現(xiàn)有技術(shù)都需要放在桌子上才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能掛在黑板上，學(xué)生多的時候后排的學(xué)生看不見，都沒有數(shù)值顯示裝置，不能定量顯示波長、波速和頻率以及波長、波速和頻率三者之間的關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種振動波動演示儀，該演示儀結(jié)構(gòu)緊湊，功能全面，體積小巧，便于攜帶，操作簡單，現(xiàn)象明顯，可以吸附在黑板上供全體同學(xué)觀看，振動頻率和波速能夠分別調(diào)節(jié)和顯示，實(shí)驗(yàn)效果好，適于推廣應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種振動波動演示儀。其中：該演示儀包括下橫梁、中橫梁、上橫梁、左光軸、右光軸、支架、橫桿、左轉(zhuǎn)軸、右轉(zhuǎn)軸、滾動帶、豎線、交叉點(diǎn)、滾動帶電機(jī)、橫桿電機(jī)、轉(zhuǎn)輪、偏心軸、滑槽、電控板、開關(guān)、滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕、橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕、磁鐵、振動頻率顯示屏、波速顯示屏、滑塊。

所述下橫梁、中橫梁、上橫梁、左光軸、右光軸相互連接構(gòu)成演示儀的框架，橫桿通過螺絲固定在支架上，并使橫桿與左光軸垂直，橫桿與支架通過螺絲固定在左光軸和右光軸上的滑塊上，橫桿與支架能夠一起沿左光軸和右光軸平行滑動，橫桿電機(jī)固定在橫梁上，橫桿電機(jī)通過轉(zhuǎn)輪上的偏心軸與支架上的滑槽嵌套，左轉(zhuǎn)軸和右轉(zhuǎn)軸安裝在中橫梁和上橫梁之間，滾動帶繞在左轉(zhuǎn)軸和右轉(zhuǎn)軸上，滾動帶上刻有與轉(zhuǎn)動方向垂直的豎線；滾動帶電機(jī)固定在下橫梁上，滾動帶電機(jī)與左轉(zhuǎn)軸相聯(lián)并驅(qū)動左轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，電控板安裝在下橫梁上，電控板上裝有開關(guān)、滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕、橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕；下橫梁和上橫梁兩端分別安裝有磁鐵，振動頻率顯示屏、波速顯示屏安裝在上橫梁上，滾動帶電機(jī)、橫桿電機(jī)、振動頻率顯示屏、波速顯示屏與電控板電連接。

本發(fā)明的效果是：

(1)整套演示儀能夠吸附在有鐵質(zhì)背板的黑板或任何鐵質(zhì)平面上，便于多人同時觀看。

(2)體積小巧，重量輕，便于攜帶，老師可以將儀器帶到任何需要的教室講課，不受空間限制。

(3)振動頻率波動速度均可改變。

(4)振動頻率波動速度均可直接顯示。

(5)安裝方便，操作簡單。

(6)可以演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量描述即簡諧振動與圓周運(yùn)動的關(guān)系，一維簡諧振動、簡諧振動與一維一動合成的二維波動等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、下橫梁 2、中橫梁 3、上橫梁 4、左光軸 5、右光軸

6、支架 7、橫桿 8、左轉(zhuǎn)軸 9、右轉(zhuǎn)軸 10、滾動帶

11、豎線 12、交叉點(diǎn) 13、滾動帶電機(jī) 14、橫桿電機(jī)

15、轉(zhuǎn)輪 16、偏心軸 17、滑槽 18、電控板 19、開關(guān)

20、滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕 21、橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕 22、磁鐵

23、振動頻率顯示屏 24、波速顯示屏 25、滑塊

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖的本發(fā)明的振動波動演示儀結(jié)構(gòu)加以說明。

本發(fā)明的振動波動演示儀的設(shè)計(jì)思想是解決物理教學(xué)中振動和波動相關(guān)內(nèi)容的課堂演示問題。

如圖1所示，本發(fā)明的振動波動演示儀結(jié)構(gòu)是，該演示儀包括下橫梁1、中橫梁2、上橫梁3、左光軸4、右光軸5、支架6、橫桿7、左轉(zhuǎn)軸8、右轉(zhuǎn)軸9、滾動帶10、豎線11、交叉點(diǎn)12、滾動帶電機(jī)13、橫桿電機(jī)14、轉(zhuǎn)輪15、偏心軸16、滑槽17、電控板18、開關(guān)19、滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕20、橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕21、磁鐵22、振動頻率顯示屏23、波速顯示屏24、滑塊25。

本發(fā)明的振動波動演示儀的功能是這樣實(shí)現(xiàn)的：

所述下橫梁1、中橫梁2、上橫梁3、左光軸4、右光軸5構(gòu)成演示儀的框架，橫桿7與支架6一起可沿左光軸4和右光軸5平行滑動，橫桿電機(jī)14固定在橫梁1上，橫桿電機(jī)14通過轉(zhuǎn)輪15上的偏心軸16與支架6上的滑槽17嵌套。左轉(zhuǎn)軸8和右轉(zhuǎn)軸9安裝在中橫梁2和上橫梁3之間，滾動帶10繞在左轉(zhuǎn)軸8和右轉(zhuǎn)軸9上，滾動帶10上畫有與轉(zhuǎn)動方向垂直的豎線11。滾動帶電機(jī)13固定在下橫梁1上，滾動帶電機(jī)13與左轉(zhuǎn)軸8相聯(lián)并驅(qū)動左轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動。電控板18安裝在下橫梁1上，電控板18上裝有開關(guān)19、滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕20、橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕21。下橫梁1和上橫梁3兩端分別安裝有磁鐵22，用于將整套儀器吸附在有鐵質(zhì)背板的豎直面，包括黑板和白板上，便于多人觀看。振動頻率顯示屏23、波速顯示屏24安裝在上橫梁3上。橫桿電機(jī)14為轉(zhuǎn)速可調(diào)、可測的電機(jī)，由電控板18上的橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕21控制轉(zhuǎn)速，其每秒轉(zhuǎn)動周數(shù)以頻率的形式顯示在振動頻率顯示屏24上。控制和調(diào)節(jié)橫桿電機(jī)14的轉(zhuǎn)速是為了改變橫桿7的振動頻率。滾動帶電機(jī)13為轉(zhuǎn)速可調(diào)、可測的電機(jī)，由電控板18上的滾動帶10電機(jī)調(diào)速旋鈕20控制轉(zhuǎn)速，控制和調(diào)節(jié)滾動帶電機(jī)13的轉(zhuǎn)速是為了改變滾動帶10上豎線11的移動速度，相當(dāng)于改變波速，滾動帶電機(jī)13的轉(zhuǎn)速經(jīng)過電控板18根據(jù)左轉(zhuǎn)軸8的半徑運(yùn)算后轉(zhuǎn)換為豎線11的平移速度，顯示在波速顯示屏24上。電控板18是整套儀器的電源供應(yīng)、電路控制、信號采集和運(yùn)算中樞，把外來電源轉(zhuǎn)化為滾動帶電機(jī)13、橫桿電機(jī)14的電力，采集滾動帶電機(jī)13、橫桿電機(jī)14的轉(zhuǎn)速信息并進(jìn)行處理，分別顯示在波速顯示屏24和振動頻率顯示屏23上。橫桿7和滾動帶10為同一種顏色，豎線11的顏色與橫桿7和滾動帶10的顏色要有明顯反差，比如：橫桿7和滾動帶10為黑色，豎線11為白色；或者橫桿7和滾動帶10為白色，豎線11為黑色。滾動帶10上的豎線11可以畫多條。

本發(fā)明的振動波動演示儀的基本操作步驟：

通過磁鐵22把演示儀吸附在黑板上，先將滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕20、橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕21都調(diào)至最小，然后打開開關(guān)19，慢調(diào)大橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕21，使橫桿7振動頻率逐漸增大，即可演示轉(zhuǎn)輪15的圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)化為橫桿7的簡諧振動，轉(zhuǎn)輪15的轉(zhuǎn)速決定振動頻率。緩慢調(diào)大滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕20，使?jié)L動帶10逐漸加速運(yùn)動，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，可以觀察到交叉點(diǎn)12的運(yùn)動軌跡就是二維波動，分別調(diào)滾動帶電機(jī)調(diào)速旋鈕20、橫桿電機(jī)調(diào)速旋鈕21，并從振動頻率顯示屏23上讀取橫桿7的振動頻率，從波速顯示屏24上讀取豎線11的運(yùn)動速度，這就可以演示振動和波的形成原理，以及振動頻率、波長和速度三者之間的關(guān)系。