本發(fā)明涉及物理教具，特別是一種演示物體固有頻率的物理教具及比較不同金屬條固有頻率的方法。

背景技術(shù)：

任何物體都具有固有頻率，由它的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、大小、形狀等因素來決定，固有頻率是物體自身固有的一個物理特征。當物體受到某一特定頻率策動時，能夠引起振動并使振幅達到最大值，這個頻率就是物體固有頻率。

中國發(fā)明專利申請zl201010170424.4公開了電磁驅(qū)動式共振、固有頻率演示器，其是通過電磁鐵的極性不斷發(fā)生變化，從而對電磁鐵下方的金屬長條一會吸引一會不吸引，產(chǎn)生一個周期性變化的策動力，使得金屬長條不斷上下抖動，所以通過控制低頻信號發(fā)生器的頻率，可以使得金屬長條震動幅度不斷的變化，當?shù)皖l信號發(fā)神器的頻率與金屬長條的頻率相同時，達到共振，此時金屬長條的震動幅度最大。這種固有頻率的演示裝置，在金屬長條震動時是通過肉眼進行觀察的，由于是憑借人的感覺來判斷是否達到最大振幅的，定位固有頻率誤差大，肉眼觀察也不能確定其振幅的大小，而且當使用不同的材質(zhì)和截面的長條形工件進行測試時，由于是肉眼觀察的，有時兩個不同工件之間的固有頻率相差小，很難直觀的看出其中的區(qū)別，因此，發(fā)明一種觀察直管，且可以直管的看出振幅的大小的裝置是急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明提供一種演示物體固有頻率的物理教具及比較不同金屬條固有頻率的方法，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中的固有頻率演示裝置使用肉眼觀察精度低，不能明顯區(qū)別不同工件之間的固有頻率的大小的問題。

本發(fā)明演示物體固有頻率的物理教具，包括底座、金屬條、低頻信號發(fā)生器和電磁鐵，其特征在于，所述金屬條的一端經(jīng)夾具夾持，所述金屬條的另一端懸空置于電磁鐵下方，還包括一端轉(zhuǎn)動連接且可以上下轉(zhuǎn)動的第一杠桿，所述第一杠桿的下端接觸金屬條，所述第一杠桿的轉(zhuǎn)動連接端到金屬條的距離小于第一杠桿自由端到金屬條的距離，還包括一端轉(zhuǎn)動連接且可以上下轉(zhuǎn)動的第二杠桿，所述第二杠桿和第一杠桿之間具有當?shù)谝桓軛U向上移動時帶動第二杠桿向上移動的結(jié)構(gòu)，所述第二杠桿的轉(zhuǎn)動連接端到第一杠桿的距離小于第二杠桿自由端到第一杠桿的距離，所述第二杠桿上端軸向滑動設有置于第一杠桿和第二杠桿自由端之間的連接塊，所述連接塊上鉸接豎向滑動設置的驅(qū)動齒條，所述驅(qū)動齒條上嚙合有驅(qū)動齒輪，所述驅(qū)動齒輪具有當齒條向上移動時轉(zhuǎn)動的單向結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動齒輪同軸連接有第一連接齒輪，所述第一連接齒輪上嚙合有第一終端齒輪，所述第一終端齒輪上嚙合有終端齒條，還包括設置在終端齒條徑向一側(cè)的帶有刻度的刻度板，所述終端齒條上連接有照射到刻度板上的紅外筆。

一種比較不同金屬條固有頻率的方法，其特征在于，1）將金屬條的一端進行夾持，另一端使用激振裝置對其進行激振；

2）將金屬條的振動進行單向放大，可以是單向向上放大，也可以是單向向下放大；

3）將放大后的振幅轉(zhuǎn)換為直線運動，進而帶動紅外筆朝著刻度板進行投射；

4）紅外筆最后投射出來的最大刻度即為金屬條的最大振幅，相應的激振裝置的頻率即為金屬條的固有頻率，記錄下此時的固有頻率；

5）依次將不同截面的金屬條進行上述步驟，對其固有頻率進行比較。

本發(fā)明通過電磁鐵對金屬條產(chǎn)生的振動，通過夾具夾持金屬條，通過第一杠桿和第二杠桿來放大振幅，通過驅(qū)動齒條還有一組齒輪來來繼續(xù)放大振幅且將金屬條的振動轉(zhuǎn)化為終端齒條的直線運動，終端齒條在放大多次的振幅的作用下沿直線進行移動，帶動激光筆將激光點投射到刻度板上以顯示振幅的大小，激光點只能單向移動，當金屬條達到最大振幅時，激光點靜止在最大振幅對應的刻度上，觀察直管明顯，不用再用人眼去迅速的捕捉，且有利于不同材質(zhì)和不同截面的金屬條的固有頻率的對比，實用性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明視角一立體示意圖。

圖2為本發(fā)明視角二立體示意圖。

圖3為本發(fā)明視角三立體示意圖。

圖4為本圖3中a部放大圖。

圖5為本發(fā)明升降板和支撐板之間為升降絲杠時的部分示意圖。

圖6為本發(fā)明上夾板和下夾板夾持金屬條的示意圖。

圖7為本發(fā)明夾持筒的示意圖。

圖8為本發(fā)明弧形導槽和滑輪之間的連接圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖1-8對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細說明。

實施例1，包括底座1、金屬條2、低頻信號發(fā)生器和電磁鐵3，其特征在于，所述金屬條2的一端經(jīng)夾具4夾持，所述金屬條2的另一端懸空置于電磁鐵3下方，還包括一端轉(zhuǎn)動連接的可上下轉(zhuǎn)動的第一杠桿5，所述第一杠桿5的下端接觸金屬條2，所述第一杠桿5的轉(zhuǎn)動連接端到金屬條2的距離小于第一杠桿5自由端到金屬條2的距離，還包括一端轉(zhuǎn)動連接的可上下轉(zhuǎn)動的第二杠桿6，所述第二杠桿6和第一杠桿5之間具有當?shù)谝桓軛U5向上移動時帶動第二杠桿6向上移動的結(jié)構(gòu)，所述第二杠桿6的轉(zhuǎn)動連接端到第一杠桿5的距離小于第二杠桿6自由端到第一杠桿5的距離，所述第二杠桿6上端軸向滑動設有置于第一杠桿5和第二杠桿6自由端之間的連接塊7，所述連接塊7上鉸接豎向滑動設置的驅(qū)動齒條8，所述驅(qū)動齒條8上嚙合有驅(qū)動齒輪9，所述驅(qū)動齒輪9具有當驅(qū)動齒條8向上移動時轉(zhuǎn)動的單向結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動齒輪9同軸連接有第一連接齒輪10，所述第一連接齒輪10上嚙合有第一終端齒輪11，所述第一終端齒輪11上嚙合有終端齒條12，還包括設置在終端齒條12徑向一側(cè)的帶有刻度的刻度板44，所述終端齒條12上連接有照射到刻度板44上的紅外筆13。此紅外筆為直線燈，其目的是照射出一條直線，類似于教鞭上照射的光線，指示到刻度板的刻度上，以顯示終端齒條對應的刻度。

實施例2，在實施例1的基礎上，所述底座1上設有可沿著金屬條2長度方向移動的支撐板14，所述支撐板14下方經(jīng)絲杠螺母15連接有沿著金屬條方向設置的絲杠16，所述夾具4固定在支撐板14上，所述絲杠16背向金屬條2的一端上設有手輪17，所述支撐板14上方設有可以升降的升降板18，所述夾具4置于升降板18上端。具體是，絲杠16的前后兩部轉(zhuǎn)動固定在底座1上，絲杠16的背向金屬條2的一端伸出其轉(zhuǎn)動固定的位置且套有手輪17，使用時，通過手輪17擰動絲杠16，可以經(jīng)支撐板14帶動夾具4沿著金屬條2長度方向移動，可以調(diào)節(jié)金屬條2置于電磁鐵3下方的位置。支撐板14下端可以滑動設置在導軌上，此導軌是固定在底座上的。夾具4可拆卸連接在升降板18上端，夾具4可以是經(jīng)螺栓緊固在升降板18上，這樣，當需要夾持不同截面的金屬條2時，可以更換不同的夾具4來夾持，升降板18和支撐板14之間可以經(jīng)過剪叉式升降架來連接，這樣剪叉式升價架和升降板18之間就構(gòu)成了剪叉式升降平臺，當然升降板18和支撐板14之間可以在中間位置設置一個升降絲杠19，升降絲杠19的下端轉(zhuǎn)動連接在支撐板14上，升降絲杠19下部固定有手擰桿20，所述手擰桿20上端的升降絲杠上旋擰有絲杠螺母，絲杠螺母和升降板18之間連接有多個連接桿21，支撐板14上端固定有多個豎向的圍繞升降絲杠19四周設置的滑桿22，所述滑桿22上端穿出升降板18，所述滑桿22與升降板18之間豎向滑動配合。夾具4可以是三爪卡盤夾具，也可以是包括一個可拆卸連接在支撐板14上的下夾板401，在下夾板401上經(jīng)螺栓連接有上夾板402，當需要夾緊截面為矩形的長條形金屬條2時，將金屬條2放在上下夾板之間，然后使用螺栓將上下夾板夾緊即可。夾具4體也可以是包括一個夾持筒23，所述夾持筒23沿其長度方向間隔設置多組螺栓組，所述螺栓組由多個沿著夾持筒圓周均布的夾持螺栓構(gòu)成，夾持穿透夾持筒且與夾持筒螺紋配合，這樣當需要夾持多邊形的金屬條2時，將金屬條2放置在夾持筒的中心位置，然后旋擰多個夾持螺栓，讓其頂著金屬條2的各個端面使其緊固即可，在夾持螺栓的兩端分別旋擰有壓在夾持筒上的緊固螺母，緊固螺母和夾持筒之間可以設置彈性墊片，以使得夾持螺栓固定緊固。

實施例3，在實施例1的基礎上，所述底座1上端固定有第一豎板24，所述第一杠桿5轉(zhuǎn)動連接在第一豎板24上，所述第一杠桿5的自由端轉(zhuǎn)動連接有豎向的第一滑輪25，所述底座1上固定有面朝第一滑輪25的與第一滑輪25配合的第一弧形導槽26，所述第一滑輪25置于第一弧形導槽26內(nèi)，所述第一弧形導槽26的形狀沿著第一滑輪25的軌跡設置，第一弧形導槽26內(nèi)設有支撐第一滑輪25的將第一杠桿5保持水平狀的限位塊27。所述限位塊27可拆卸連接在第一弧形導槽26內(nèi)，當需要調(diào)整限位塊27的位置時，可以拆下調(diào)整。設置第一弧形導槽26可以防止第一杠桿5徑向晃動，將第一杠桿5限位在只能上下轉(zhuǎn)動，第一滑輪25在徑向上是卡在第一弧形導槽26內(nèi)的，第一滑輪25只能沿著第一弧形導槽26的弧形軌跡上滑動，不能徑向移動。將第一杠桿5保持水平的狀態(tài)，水平的接觸金屬條2的上端面。

實施例4，在實施例1的基礎上，所述底座1上端固定有第二豎板28，所述第二杠桿6轉(zhuǎn)動連接在第二豎板28上，第二杠桿6的自由端轉(zhuǎn)動連接有豎向的第二滑輪29，所述底座1上固定有面朝第二滑輪29的與第二滑輪29配合的第二弧形導槽30，所述第二滑輪29置于第二弧形導槽30內(nèi)，所述第二弧形導槽30的形狀沿著第二滑輪29的軌跡設置。第二弧形導槽30內(nèi)可以設置設有支撐第二滑輪29的將第二杠桿6保持水平狀的限位塊27。所述限位塊27可拆卸連接在第二弧形導槽30內(nèi)，當需要調(diào)整限位塊27的位置時，可以拆下調(diào)整。設置第二弧形導槽30可以防止第二杠桿6徑向晃動，將第二杠桿6限位在只能上下轉(zhuǎn)動，第二滑輪29在徑向上是卡在第二弧形導槽30內(nèi)的，第二滑輪29只能沿著第一弧形導槽26的弧形軌跡上滑動，不能徑向移動。將第二杠桿6保持水平的狀態(tài)，水平的接觸金屬條2的上端面。

實施例5，在實施例1的基礎上，所述第二杠桿6和第一杠桿5之間具有當?shù)谝桓軛U5向上移動時帶動第二杠桿6向上移動的結(jié)構(gòu)為：所述第一杠桿5上沿著其長度方向滑動套有第一滑塊31，所述第二杠桿6上沿著其長度方向滑動套裝有第二滑塊32，所述第二滑塊32置于第一滑塊31下方，所述第一滑塊31和第二滑塊32之間鉸接。所述鉸接可以是球鉸接。當?shù)谝桓軛U5水平時第二杠桿6也保持水平狀。將第二滑塊32和第一滑塊31球鉸接，當?shù)谝桓軛U5被金屬條2驅(qū)動向上轉(zhuǎn)動時，帶動第一滑塊31向上移動，第一滑塊31向上移動的同時，第一杠桿5相對第一滑塊31發(fā)生軸向移動，第一滑塊31向上移動經(jīng)球鉸接件（也可以是萬向接頭）帶動第二滑塊32向上移動，第二滑塊32帶動第二滑桿向上移動，同時第二滑桿在向上移動到過程中相對第二滑塊32軸向移動，在移動的過程中第一滑塊31和第二滑塊32之間相對轉(zhuǎn)動。這樣，使得第一杠桿5的上移帶動第二杠桿6的上移。

實施例6，在實施例1的基礎上，所述第二杠桿6上端設有軸向延伸的倒t形滑槽33，所述連接塊7下端設有與倒t形滑槽33配合的倒t形件，所述倒t形件滑動置于倒t形滑槽33內(nèi)，連接塊7上端鉸接驅(qū)動齒條8，所述底座1上設有第三豎板34，驅(qū)動齒條8豎向滑動連接在第三豎板34上。當?shù)诙軛U6向上轉(zhuǎn)動時，帶動連接塊7向上移動，連接塊7向上移動帶動驅(qū)動齒條8線上移動，驅(qū)動齒條8被第三豎板34限位在只能上下移動。在第二杠桿6向上轉(zhuǎn)動的過程中，連接塊7和驅(qū)動齒條8之間相對轉(zhuǎn)動，連接塊7在t形滑槽33內(nèi)滑動。

實施例7，在實施例1的基礎上，所述底座1上間隔設有第四豎板35和第五豎板36，所述第四豎板35和第五豎板36之間轉(zhuǎn)動連接有轉(zhuǎn)軸37，驅(qū)動齒輪9套固在轉(zhuǎn)軸37上，所述轉(zhuǎn)軸37上套有棘輪38，所述棘輪38上設有經(jīng)壓片39壓向棘輪38的棘爪40，所述第一連接齒輪10套固在轉(zhuǎn)軸37上，所述第一終端齒輪11內(nèi)穿設有一端轉(zhuǎn)動連接在第四豎板35上的連接軸。第四豎板35置于第二杠桿6的內(nèi)側(cè)，第五豎板36置于第二杠桿6的外側(cè)。第三豎板34和第四豎板35可以為同一個板。

實施例8，在實施例7的基礎上，所述第一連接齒輪10背向齒條方向的轉(zhuǎn)軸37上套固有直徑大于第一連接齒輪10的第二連接齒輪41，所述第二連接齒輪41嚙合有第二終端齒輪42，當終端齒條12徑向平移到第二終端齒輪42下方時與第二終端齒輪42嚙合。第二終端齒輪42也可以經(jīng)一個連接軸轉(zhuǎn)動連接在第五豎板36上。

實施例9，在實施例1的基礎上，所述底座1上設有可沿著終端齒條12徑向移動的滑板43，所述終端齒條12軸向可移動連接在滑板43上?；?3下端固定有支撐腳，支撐腳沿著終端齒條12徑向可移動連接在底座1上。可以在底座1上對應于支撐腳開出沿著終端齒條12徑向延伸的滑槽，支撐腳滑動連接在滑槽內(nèi)。也可以在滑板43下端連接一個絲杠螺母，絲杠螺母內(nèi)旋擰有轉(zhuǎn)動連接在底座1上的距離調(diào)節(jié)絲杠，旋轉(zhuǎn)距離調(diào)節(jié)絲杠用來調(diào)節(jié)滑板43的移動且可以實時定位滑板43。

實施例10，在實施例1的基礎上，所述電磁鐵3經(jīng)固定在底座1上的非導磁形支架懸空固定。電磁鐵3連接在低頻信號發(fā)生器上，電磁鐵3也可以是設置在有機玻璃罩內(nèi)，有機玻璃罩面朝金屬條2的一端設置一個可以使得金屬條2通過的開口即可。

實施例11，一種比較不同金屬條2固有頻率的方法，其特征在于，1）將金屬條2的一端進行夾持，另一端使用激振裝置對其進行激振；

2）將金屬條2的振動進行單向放大，可以是單向向上放大，也可以是單向向下放大；

3）將放大后的振幅轉(zhuǎn)換為直線運動，進而帶動紅外筆朝著刻度板進行投射；

4）紅外筆最后投射出來的最大刻度即為金屬條2的最大振幅，相應的激振裝置的頻率即為金屬條2的固有頻率，記錄下此時的固有頻率；

5）依次將不同截面的金屬條2進行上述步驟，對其固有頻率進行比較。

以上方法的金屬條2為導磁性金屬條2，可以是鐵質(zhì)金屬長條。以上激振裝置可以為電磁鐵3，電磁鐵3連接低頻信號發(fā)生器。

在設置多個齒輪的時候，是第一連接齒輪10大于驅(qū)動齒輪9。

本發(fā)明在使用的時候，低頻信號發(fā)生器控制輸入電磁鐵3中的交流電流的頻率，由于通電的電磁鐵3為條形磁鐵，低頻信號發(fā)生器輸出的是交流電流，所以電磁鐵3的極性不斷發(fā)生變化，從而對電磁鐵3下方的金屬條2一會吸引一會不吸引，產(chǎn)生一個周期性變化的策動力，使得金屬條2不斷上下抖動，所以通過控制低頻信號發(fā)生器的頻率，可以使得金屬條2振動幅度不斷變化，當?shù)皖l信號發(fā)生器的頻率與金屬條2的固有頻率相同時，達到共振，此時金屬長條的振動幅度最大。當金屬條2振動時，金屬條2向上走時，推動第一杠桿5向上移動，此時第一杠桿5自由端的第一滑輪25在第一弧形導槽26內(nèi)沿圓弧向上移動，第一杠桿5的向上移動放大到第二杠桿6上，第二杠桿6在第一杠桿5的帶動下向上移動，此時第二杠桿6的自由端的第二滑輪29在第二弧形導槽30內(nèi)沿圓弧向上移動，第二杠桿6的上移動放大到驅(qū)動齒條8上，驅(qū)動齒條8進行上下移動，驅(qū)動齒條8向上移動帶動驅(qū)動齒輪9轉(zhuǎn)動，驅(qū)動齒條8的轉(zhuǎn)動分別放大到第一連接齒輪10和第二連接齒輪41上，第一連接齒輪10和第二連接齒輪41分別帶動第一終端齒輪11和第二終端齒輪42轉(zhuǎn)動，當終端齒條12位于第一終齒輪下時，被第一終端齒輪11驅(qū)動，當終端齒條12位于第二終端齒輪42下時，被第二終端齒輪42驅(qū)動，設置兩組不同的連接齒輪和終端齒輪，可以使得當金屬條2的最大振幅小時選擇傳動比較大的組合，當金屬條2的最大振幅大時，選擇傳動比較小的組合，使得觀察方便清晰，終端齒輪帶動終端齒條12軸向移動時，終端齒條12帶動紅外筆13也就是激光筆移動，紅外筆13將激光點投射到刻度板的刻度上，可以先調(diào)整好初始狀態(tài)，使得紅外筆13的激光點投射到刻度的0的位子，刻度板和紅外筆13的照射線相垂直，當紅外筆13移動時，其激光點也跟隨移動，當金屬條2達到最大振幅時，激光點投射到刻度上的數(shù)值達到最大，記錄此時的低頻發(fā)生器的頻率，此頻率即為金屬條2的固有頻率，兩組傳動比的終端齒輪和對應兩組不同的刻度，刻度可以根據(jù)整體的傳動比進行設置。本發(fā)明可以用來對比不同材質(zhì)和不同截面的金屬條2，使用不同的夾具4進行夾持，而最后的最大振幅達到后激光點定位到最大振幅處，使得記錄清洗明顯，一目了然，對比清晰，可以直觀的看出不同材質(zhì)和截面的金屬條2的固有頻率的大小和振幅的大小。本發(fā)明中，除了金屬條2、電磁鐵3部分和低頻發(fā)生器部分外，其余的底座1上的零部件保護底座1均有非導磁性材料制成，如銅和鋁，金屬條2為導磁性材料制成。本發(fā)明中可以根據(jù)金屬條2的厚度來調(diào)整升降板18的高度，以使得金屬條2可以正好置于第一杠桿5下側(cè)與第一杠桿5接觸。本發(fā)明在測試的過程中，由于有棘輪38結(jié)構(gòu)，因此，驅(qū)動齒條8只能驅(qū)動轉(zhuǎn)軸37單方向旋轉(zhuǎn)，也就是當驅(qū)動齒條8向上移動時，才能驅(qū)動轉(zhuǎn)軸37旋轉(zhuǎn)，由于驅(qū)動齒條8還有第一杠桿5和第二杠桿6具有自重，當其向上移動一定角度后，即具有向下移動趨勢，此時由于單向棘輪38棘爪40卡死單向棘輪38，使得單向棘輪38不能反轉(zhuǎn)，而由于第一杠桿5、第二杠桿6、驅(qū)動齒條8和轉(zhuǎn)軸37之間是聯(lián)動的，因此在棘輪38棘爪40的作用下，第一杠桿5、第二杠桿6和驅(qū)動齒條8只能向上移動。當測試完成需要復位時，撥起棘爪40，使得棘輪38可以翻轉(zhuǎn)，使得第一桿桿、第二杠桿6和驅(qū)動齒條8回位即可。

本發(fā)明通過電磁鐵對金屬條產(chǎn)生的振動，通過夾具夾持金屬條，通過第一杠桿和第二杠桿來放大振幅，通過驅(qū)動齒條還有一組齒輪來來繼續(xù)放大振幅且將金屬條的振動轉(zhuǎn)化為終端齒條的直線運動，終端齒條在放大多次的振幅的作用下沿直線進行移動，帶動激光筆將激光點投射到刻度板上以顯示振幅的大小，激光點只能單向移動，當金屬條達到最大振幅時，激光點靜止在最大振幅對應的刻度上，觀察直管明顯，不用再用人眼去迅速的捕捉，且有利于不同材質(zhì)和不同截面的金屬條的固有頻率的對比，實用性強。