專利名稱：振動(dòng)合成演示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及物理教學(xué)儀器，特別是涉及一種振動(dòng)合成演示器。
現(xiàn)有的振動(dòng)合成演示裝置大多采用機(jī)械傳動(dòng)方式。如上海復(fù)旦大學(xué)校辦工廠生產(chǎn)的“振動(dòng)合成演示儀”通過采用機(jī)械傳動(dòng)方式操縱畫筆，同時(shí)參與水平方向或垂直方向的子振動(dòng)，在振動(dòng)過程中，描繪出振動(dòng)合成的圖象。該演示儀對(duì)定性合成振動(dòng)理解有幫助，但由于看不到子振動(dòng)圖象，不能清楚的反映振動(dòng)合成分解原理，因此，在物理教學(xué)中，不便于學(xué)生直觀理解。
本實(shí)用新型的目的是制作一種采用模擬表現(xiàn)手法，在二維或三維空間將合振動(dòng)及其子振動(dòng)的圖象，依照其各自的規(guī)律同時(shí)演示出來，便于學(xué)生直觀地理解振動(dòng)合成物理現(xiàn)象。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。演示器包括箱體、底座、支架、振動(dòng)圖形模板、轉(zhuǎn)軸、支桿連板系統(tǒng)和觀察球。箱體的上部空間作為演示觀察區(qū)。箱體的長高(即座標(biāo)軸的T向)表示時(shí)間，寬向和高向(即x、y軸)表示振幅。位于箱體外的轉(zhuǎn)軸端頭與支架相連接，箱體通過支架置放在底座上。一排支桿穿過定位導(dǎo)向板沿T向等間距排列，另一排支桿穿過定位導(dǎo)向板按正弦圖形排列，與按T軸向排列的支桿一一對(duì)應(yīng)的連接在支桿連板上。支桿上裝有彩色觀察球。為了便于觀察，演示區(qū)沿箱體的X－T向分成前半?yún)^(qū)和后半?yún)^(qū)。前半?yún)^(qū)作為“同向觀察區(qū)”，后半?yún)^(qū)作為“垂直觀察區(qū)”，兩排支桿分別位于箱體上方演示區(qū)的前半?yún)^(qū)和后半?yún)^(qū)，中隔插板將“同向觀察區(qū)”和“垂直觀察區(qū)”隔開。下面分述“同向觀察區(qū)”和“垂直觀察區(qū)”演示原理。
a.同向觀察區(qū)當(dāng)支桿的下端點(diǎn)對(duì)齊成為平行于T軸向的一直線時(shí)，支桿頂端的一排小球在Y－T座標(biāo)中形成一簡諧振動(dòng)曲線的幾個(gè)周期，表示質(zhì)點(diǎn)(小球)參與的一個(gè)子振動(dòng)。頂端小球下方的支桿上固定著另一排小球(該排小球的色彩不同于頂端那排小球)，這排小球成為一條平行于T軸的直線，表示這時(shí)第二個(gè)子振動(dòng)的振幅為零。用具有一定正弦曲線形狀的振動(dòng)圖形模板從下方托起支桿連板系統(tǒng)，通過改變支桿下端點(diǎn)位置，改變?cè)撆判∏蛟赮－T平面的相對(duì)位置，使它呈現(xiàn)出第二個(gè)子振動(dòng)的振動(dòng)圖象，這時(shí)頂端小球顯現(xiàn)的圖象即為合成的振動(dòng)圖象。變更不同的模板就可以演示頻率、相位、振幅各不相同的子振動(dòng)的同方向合成。
b.垂直觀察區(qū)一排支桿上的小球在X－T座標(biāo)中按正弦排列，當(dāng)支桿的下端點(diǎn)位于X－T平面上時(shí)，支桿頂端小球在Y軸向的投影是正弦曲線，表示質(zhì)點(diǎn)的第一個(gè)子振動(dòng)在X－T平面上的振動(dòng)曲線；小球在X軸向投影是一直線，此時(shí)表示第二個(gè)子振動(dòng)的振幅為零，當(dāng)支桿連板系統(tǒng)被模板托起時(shí)，支桿上的小球在X軸向的投影就會(huì)按模板的形狀呈現(xiàn)出不同頻率或相位的第二個(gè)Y向子振動(dòng)圖象。這時(shí)從T軸向觀察就可以看到不同的合成振動(dòng)的李薩如圖形。
為了便于在不同方向觀察，箱體可繞支架的轉(zhuǎn)軸(繞T向軸)轉(zhuǎn)動(dòng)，支架可繞底座(繞Y軸)轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)用新型模板旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)是將模板安裝在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸上的模板即可以是縱向插裝在轉(zhuǎn)軸上，也可以是制作成一體的不同曲面的數(shù)塊橫向模板套裝在轉(zhuǎn)軸上，該模板在Y－T向呈現(xiàn)出來的合成振動(dòng)圖象同縱向模板一樣。
本實(shí)用新型除了模板旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)外，還有一種是模板插入式。該結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)式的區(qū)別主要是將模板轉(zhuǎn)動(dòng)方式變?yōu)閷⒛０逵上潴w外插入箱體內(nèi)，箱體的側(cè)面有模板插入槽，槽中可插入不同振動(dòng)圖形的模板。
本實(shí)用新型能直觀地反映兩個(gè)同方向振動(dòng)或垂直方向振動(dòng)的子振動(dòng)及其合成振動(dòng)圖象的形成原理及其之間的相互關(guān)系，使學(xué)生通過感性認(rèn)識(shí)，加深其對(duì)抽象知識(shí)的理解，解決了教學(xué)中學(xué)生難于理解的棘手問題。
本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)合附圖加以說明。


圖1是本實(shí)用新型模板旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)外型圖。
圖2是本實(shí)用新型模板旋轉(zhuǎn)式內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型演示觀察區(qū)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型模板、轉(zhuǎn)軸裝配圖。
圖5是本實(shí)用新型縱向模板示意圖。
圖6是本實(shí)用新型橫向模板示意圖。
圖7是本實(shí)用新型模板插入式外型圖。
圖8是本實(shí)用新型模板插入式內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖9是本實(shí)用新型模板插入式橫剖面示意圖。
如圖所示，本實(shí)用新型包括箱體(9)、底座(10)、支架(14)、振動(dòng)圖形模板(17)、轉(zhuǎn)軸(19)、支桿連板系統(tǒng)(24)和觀察球(3)、(4)、(7)。支桿連板系統(tǒng)(24)包括支桿連板(24)、支桿(8)、(13)和定位導(dǎo)向板(12)，支桿(8)的支桿(13)一一對(duì)應(yīng)地插在雙層定位導(dǎo)向板(12)相應(yīng)的孔中，并連接固定在相對(duì)應(yīng)的按縱向排列的數(shù)塊支桿連板(24)上。支桿連板系統(tǒng)(24)位于升降桿(18)的上方。轉(zhuǎn)軸(19)穿過箱體(9)，其端頭與箱體外的支架(14)相連接。軸套(20)、蝶形螺母(21)起固定連接作用。旋鈕(15)可以轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸(19)，刻度盤(16)可以顯示轉(zhuǎn)軸相對(duì)于箱體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。箱體(9)通過支架(14)固定在底座(10)上，支架(14)上的支架軸(22)插入底座(10)上支桿孔內(nèi)，(11)為緊固螺釘。兩排支桿(8)和(13)分別位于箱體(9)上方演示區(qū)的前半?yún)^(qū)和后半?yún)^(qū)，中隔插板(2)將兩部分支桿隔開。中隔插板(2)插在插板架(6)上。支桿(8)上裝有彩色觀察球(3)和(7)。一排小球(3)位于相對(duì)應(yīng)的支桿(8)和頂端，按簡諧振動(dòng)曲線排列。支桿頂端下方的一排小球(7)按水平直線排列。支桿(13)上裝有彩色觀察球(4)，和支桿(13)一一對(duì)應(yīng)的球(4)在Y軸的投影是正弦曲線。數(shù)塊各不相同的振動(dòng)圖形模板安裝在轉(zhuǎn)軸(19)上。安裝在轉(zhuǎn)軸(19)上的振動(dòng)圖形模板分縱向式和橫向式。模板上沿為臺(tái)階狀排列(25)的縱向模板(17)是根據(jù)需要表現(xiàn)出振動(dòng)的不同周期、相位和振幅而設(shè)計(jì)的不同正弦曲線，模板(17)插裝在轉(zhuǎn)軸(19)上。安裝在轉(zhuǎn)軸上的數(shù)塊縱向模板(17)可變?yōu)楣潭ㄔ谵D(zhuǎn)軸(19)上的若干塊橫向平行排列的模板(26)，其外周按照反映不同振動(dòng)狀況的需要做出的按角度劃分的凸凹臺(tái)階，每塊模板(26)與支桿連板(24)一一對(duì)應(yīng)。為了使演示情況和標(biāo)準(zhǔn)的李薩如圖形相對(duì)應(yīng)，箱體(9)的上蓋裝有可插入標(biāo)準(zhǔn)圖形的插圖架(23)。本實(shí)用新型除了模板安裝在轉(zhuǎn)軸上的方式以外，還可以改為模板直接插入式，如圖7、圖8、圖9所示。箱體(9)的側(cè)面有模板插入槽(27)，槽(27)中可插入不同振動(dòng)圖形的模板(28)。(5)為升降桿提手。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)模板或插入模板時(shí)，通過升降桿提手(5)將升降桿(18)提起，升降桿(18)托起支桿連板系統(tǒng)(24)，模板轉(zhuǎn)動(dòng)或插入到所需位置，再下落升降桿，支桿連板便落在模板上。教學(xué)演示完畢后，箱蓋(1)蓋在箱體上，以保護(hù)演示區(qū)的各零部件。
權(quán)利要求1.一種振動(dòng)合成演示器，其特征在于演示器包括箱體(9)、底座(10)、支架(14)、振動(dòng)圖形模板(17)、轉(zhuǎn)軸(19)、支桿連板系統(tǒng)(24)和觀察球(3)、(4)和(7)，轉(zhuǎn)軸(19)穿過箱體(9)，其端頭與箱體外的支架(14)相連接，箱體(9)通過支架(14)固定在底座(10)上，兩排支桿(8)和(13)分別位于箱體(9)上方演示區(qū)的前半?yún)^(qū)和后半?yún)^(qū)，中隔插板(2)將兩部分支桿隔開，支桿(8)上裝有彩色觀察球(3)和(7)，支桿(13)上裝有彩色觀察球(4)，數(shù)塊各不相同的振動(dòng)圖形模板安裝在轉(zhuǎn)軸(19)上，支桿連板系統(tǒng)(24)位于升降桿(18)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)合成演示器，其特征在于支桿連板系統(tǒng)(24)包括支桿連板(24)、支桿(8)、(13)和定位導(dǎo)向板(12)，支桿(8)和支桿(13)一一對(duì)應(yīng)地插入雙層定位導(dǎo)向板(12)相應(yīng)的孔中，并連接固定在相對(duì)應(yīng)的按縱向排列的數(shù)塊支桿連板(24)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)合成演示器，其特征在于插在轉(zhuǎn)軸(19)上的數(shù)塊縱向模板(17)其圖形各不相同，每塊模板上沿的形狀都是根據(jù)需要表現(xiàn)出振動(dòng)的不同周期、相位和振幅而設(shè)計(jì)的不同正弦曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)合成演示器，其特征在于振動(dòng)圖形模板可由數(shù)塊裝在轉(zhuǎn)軸上的縱向模板變?yōu)楣潭ㄔ谵D(zhuǎn)軸(19)上的若干塊橫向平行排列的模板(26)，模板(26)的外周按照反映不同振動(dòng)狀況的需要做出按角度劃分的凸凹臺(tái)階，每塊模板(26)與支桿連板(24)一一對(duì)應(yīng)。
5.一種振動(dòng)合成演示器，其特征在于演示器包括箱體(9)、底座(10)、支架(14)、振動(dòng)圖形模板(28)、支桿連板系統(tǒng)(24)和觀察球(3)、(4)、(7)，與權(quán)利要求1所述的振動(dòng)合成器不同之處在于模板(28)不是固定在轉(zhuǎn)軸之上，而是改為插入模板，箱體(9)的側(cè)面有模板插入槽(27)，槽(27)中可插入不同振動(dòng)圖形的模板(28)。
專利摘要本實(shí)用新型包括箱體、底座、支架、振動(dòng)圖形模板、轉(zhuǎn)軸、支桿連板系統(tǒng)和觀察球。箱體的上部空間作為演示觀察區(qū)，演示區(qū)又分為“同向觀察區(qū)”和“垂直觀察區(qū)”，可以從不同的角度演示頻率、相位、振幅各不相同的合成振動(dòng)的李薩如圖象。本實(shí)用新型能直觀地反映兩個(gè)同方向振動(dòng)或垂直方向振動(dòng)的子振動(dòng)及其合成振動(dòng)圖象的形成原理及其之間的相互關(guān)系，使學(xué)生通過感性認(rèn)識(shí)加深對(duì)抽象知識(shí)的理解。
文檔編號(hào)G09B23/08GK2084632SQ9120061
公開日1991年9月11日 申請(qǐng)日期1991年1月10日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月10日
發(fā)明者辛保林, 郝德欣, 高玉琢, 程蓓麗 申請(qǐng)人:辛保林, 郝德欣, 高玉琢, 程蓓麗