專利名稱：懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理學(xué)機械波動理論演示實驗技術(shù)領(lǐng)域，是一種懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置。
在物理學(xué)的學(xué)習(xí)中，波動理論是一個比較抽象難懂的部分，特別是駐波現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象，如果沒有直觀的演示實驗輔助很難理解。而現(xiàn)有的駐波演示實驗裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單，但存在著諸多問題①因振動發(fā)生器采用音叉或打點計時器，使之產(chǎn)生的振幅較小且不穩(wěn)定，演示觀察效果欠佳；振動頻率不能連續(xù)可調(diào)，不能演示不同頻率下波形的變化。②由于張力是加砝碼產(chǎn)生的，因此不能方便地顯示出張力與波動的關(guān)系。③振動發(fā)生器不能產(chǎn)生三維駐波，更不能演示機械偏振波。④不能調(diào)整振動發(fā)生器的固有頻率，與不同策動力(外力)頻率匹配產(chǎn)生共振。⑤功能單一，不能滿足波動領(lǐng)域研究、演示的需要。
本實用新型目的之一是克服已有技術(shù)存在的缺陷，擬提供一種振幅大且穩(wěn)定，振動頻率能連續(xù)可調(diào)，演示觀察效果極佳，又能方便直觀顯示出張力大小與波動關(guān)系的懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置。
本實用新型目的之二是在上述裝置基礎(chǔ)上，克服已有技術(shù)的缺點，增加演示機械偏振波的功能。
本實用新型的目的之三是進一步克服已有技術(shù)的缺點，提供一種還能調(diào)整振動發(fā)生器固有頻率的懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置。
本實用新型的目的之一是由這樣一種技術(shù)方案達到的。該方案所展示的裝置包括振動發(fā)生器、弦線、劈尖、換向輪、張力發(fā)生器及支架。振動發(fā)生器固連在左邊支架上，其前端連接弦線，弦線另一端依次通過劈尖和固定于右邊支架上的換向輪與張力發(fā)生器相連。振動發(fā)生器由彈簧、振動傳輸固定套、偏心塊、微電機、電位器和電源構(gòu)成。彈簧后端固連于左邊支架上并呈水平懸臂伸出，前端端頭帶鉤，弦線一端拴結(jié)其上。振動傳輸固定套呈“8”字形，中部有一固連件，便于兩環(huán)圈分別緊固套于彈簧和微電機機身上。偏心塊固連于微電機的輸出軸上。電源通過電位器、電源線與微電機輸入端相連。張力發(fā)生器由張力顯示器和彈簧片構(gòu)成。彈簧片中部固連于張力顯示器一側(cè)，兩端部各開有一孔并同時套在右邊支架桿上。當(dāng)壓迫或松開彈簧片兩端，使之沿支架桿上下移動、固定就可產(chǎn)生不同大小的張力并通過張力顯示器顯示出來。
該裝置使用時，接通電源，微電機就可帶動偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動。該振動又通過微電機及套于其上的振動傳輸固定套傳給彈簧及拴結(jié)于前端鉤頭上的弦線，在弦線另一端劈尖反射點的同時作用下，弦線上就形成了三維駐波。當(dāng)調(diào)節(jié)電位器就可使微電機和偏心塊產(chǎn)生的策動力的振幅頻率連續(xù)發(fā)生變化并與彈簧自身的固有頻率相等，即產(chǎn)生共振，使駐波現(xiàn)象更明顯，觀察更清楚明瞭。由于電源產(chǎn)生的策動力可保持恒定，故由此而產(chǎn)生的振幅也極穩(wěn)定。如果要觀察張力大小與波動的關(guān)系，通過移動彈簧片在支架桿上的位置，從張力顯示器的顯示與波形的變化就可得知。
本實用新型的目的之二是通過在弦線中段設(shè)置一個啟偏器來達到的。該啟偏器由兩塊豎立并固定在支座上的平行板構(gòu)成。使用時，弦線中段需置于兩平行板之間，這樣就可使三維駐波通過啟偏器后變成二維駐波，演示機械波的偏振現(xiàn)象，進而理解光波的偏振現(xiàn)象。
本實用新型的目的之三是通過在彈簧后端中安裝一根固有頻率調(diào)節(jié)棒來達到。該調(diào)節(jié)棒具有一定剛性，其外徑與彈簧螺旋段內(nèi)徑配合，并通過插入彈簧的深度來調(diào)整彈簧自身的固有頻率，使之能與不同策動力的頻率匹配產(chǎn)生共振，演示并觀察到不同頻率下波形的變化情況。另外，通過移動振動傳輸固定套調(diào)整微電機在彈簧上的前后安裝位置也可調(diào)節(jié)彈簧的固有頻率。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為偏心塊與輻條輪的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的電路圖。
以下結(jié)合附圖給出實施例并對本實用新型作進一步說明。
實施例如圖1所示，本實用新型包括振動發(fā)生器、弦線10、劈尖11、換向輪13、張力發(fā)生器、支架9、12、啟偏器22和固有頻率調(diào)節(jié)棒24。
振動發(fā)生器由彈簧1、振動傳輸固定套2、偏心塊3、微電機4、電位器5和電源6構(gòu)成。彈簧1后端由一個蝴蝶螺帽7固連于左邊支架9上側(cè)并呈水平懸臂伸出，前端端頭帶鉤8，弦線10一端拴結(jié)其上，另一端依次通過劈尖11和固定于右邊支架12上的換向輪13與張力發(fā)生器相連。左、右支架9、12下端各連接有一桌緣夾14，可通過其將本裝置固定支撐于桌面上。為了放大振幅，使之更好地演示觀察，彈簧本體1與前端鉤頭8之間有一段連為一體的鉤臂15。振動傳輸固定套2呈“8”字形，兩環(huán)圈分別與彈簧1和微電機4機身外徑配合套于其上，并通過中部的固連件螺栓、螺帽16緊固。偏心塊3固連于微電機4的輸出軸上。本實施例考慮美觀，是將偏心塊3安裝在一個輻條輪17內(nèi)一側(cè)(見圖2)，并通過輻條輪17中部軸孔與微電機4輸出軸相連，輻條輪17面外側(cè)覆有一個輪蓋18。電源6通過電位器5、電源線19與微電機4的輸入端相連，其電路連接見圖3。為了使振動頻率調(diào)節(jié)范圍更大，本實施例的電位器5選用電阻電位器。
張力發(fā)生器由張力顯示器20和彈簧片21構(gòu)成。彈簧片21為一金屬薄片，在其中部和兩端部各開有一孔，中部由連接件固連于張力顯示器20一側(cè)，兩端部通過所開的孔同時套在右邊支架桿12上，利用金屬薄片的彈性和回復(fù)力，就可通過壓迫彈簧片21兩端或松開，使之沿支架桿12上下移動、固定產(chǎn)生出不同大小的張力，并由張力顯示器20顯示出來。張力顯示器20由彈簧、掛鉤、刻度顯示盒、指針構(gòu)成，其連接裝配關(guān)系如市面上銷售的簡易彈簧秤，但使用時倒掛使用。
啟偏器22是由兩塊豎立并固定在支座23上的平行板構(gòu)成，其兩板之間的距離視弦線粗細決定。
固有頻率調(diào)節(jié)棒24為一具有一定剛性的直棒，可用塑料、木材等制作。弦線10可采用彈性較好的橡筋繩制作。
本實用新型與已有技術(shù)相比，具有這樣一些優(yōu)點1.振源的頻率和介質(zhì)張力均連續(xù)可調(diào)，且操作簡單。
2.能產(chǎn)生共振，使駐波振幅增大且穩(wěn)定性好。
3.能獲得三維駐波，并演示機械偏振波，效果明顯。
4.適用面廣，可用于演示觀察駐波的產(chǎn)生、波形、特點等物理特征，研究駐波波長與頻率、張力等的函數(shù)關(guān)系，觀察研究三維駐波、機械偏振波及波的疊加等物理現(xiàn)象。
5.如果在彈簧鉤頭上拴結(jié)多條弦線，并分別給予不同張力，還可同時對比觀察不同張力下的駐波波形變化。
權(quán)利要求1.一種懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置，包括振動發(fā)生器、弦線(10)、劈尖(11)、換向輪(13)、張力發(fā)生器及支架(9、12)，振動發(fā)生器固定在左邊支架(9)上，其前端連接弦線(10)，弦線(10)另一端依次通過劈尖(11)和固定于右邊支架(12)上的換向輪(13)與張力發(fā)生器相連，其特征在于①振動發(fā)生器由彈簧(1)、振動傳輸固定套(2)、偏心塊(3)、微電機(4)、電位器(5)和電源(6)構(gòu)成，彈簧(1)后端固連于左邊支架(9)上并呈水平懸臂伸出，前端端頭帶鉤(8)，振動傳輸固定套(2)呈“8”字形，中部有一固連件(16)，兩環(huán)圈分別套于彈簧(1)和微電機(4)機身上，偏心塊(3)固連于微電機(4)的輸出軸上，電源(6)通過電位器(5)、電源線(19)與微電機(4)的輸入端相連；②張力發(fā)生器由張力顯示器(20)和彈簧片(21)構(gòu)成，彈簧片(21)中部固連于張力顯示器(20)一側(cè)，兩端部各開有一孔并同時套在右邊支架桿(12)上，通過上下移動產(chǎn)生不同大小的張力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置，其特征在于還包括啟偏器(22)，該啟偏器(22)由二塊豎立并固定在支座(23)上的平行板構(gòu)成，弦線(10)中段位于兩平行板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置，其特征在于彈簧(1)后端中還安裝有固有頻率調(diào)節(jié)棒(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置，其特征在于①偏心塊(3)安裝于輻條輪(17)一側(cè)，并通過輻條輪(17)中部軸孔與微電機(4)輸出軸相連，軸條輪(17)面外側(cè)覆有一輪蓋(18)；②彈簧本體(1)與鉤頭(8)之間有一段連為一體的鉤臂(15)；③電位器(5)為電阻電位器；④張力顯示器(20)由彈簧、掛鉤、刻度顯示盒、指針構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置，其特征在于①偏心塊(3)安裝于輻條輪(17)一側(cè)，并通過輻條輪(17)中部軸孔與微電機(4)輸出軸相連，輻條輪(17)面外側(cè)覆有輪蓋(18)；②彈簧本體(1)與鉤頭(8)之間有一段連為一體的鉤臂(15)；③電位器(5)為電阻電位器；④張力顯示器(20)由彈簧、掛鉤、刻度顯示盒、指針構(gòu)成。
專利摘要本實用新型所展示的懸臂彈簧共振源駐波實驗裝置,包括振動發(fā)生器、弦線、劈尖、換向輪、張力發(fā)生器、啟偏器、固有頻率調(diào)節(jié)棒和支架。其技術(shù)特點是振動發(fā)生器能產(chǎn)生共振,頻率能連續(xù)可調(diào),駐波振幅大且穩(wěn)定性好;張力發(fā)生器能方便、連續(xù)地調(diào)節(jié)張力并顯示出來;通過啟偏器可演示觀察到機械偏振波;操作簡單,演示觀察效果好,適用面廣,是演示、觀察、研究駐波特性及與頻率、張力關(guān)系、機械偏振波及波的疊加現(xiàn)象的首選裝置。
文檔編號G09B23/10GK2370500SQ9923133
公開日2000年3月22日 申請日期1999年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月9日
發(fā)明者劉若愚 申請人:劉若愚