專利名稱：波動(dòng)投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬教學(xué)儀器，確切地說(shuō)是放在投影幻燈上演示機(jī)械波的一種教學(xué)軟件。
傳統(tǒng)的手搖式“波動(dòng)演示器”各質(zhì)點(diǎn)是獨(dú)立的，給學(xué)生建立個(gè)不完整的物理模型、且所演示的波速和波的傳播方向是單一的，波速不勻，體積大，無(wú)法在波的圖象上表示坐標(biāo)。
本實(shí)用新型克服上述儀器缺點(diǎn)，用螺旋線投影提供，適合教學(xué)的簡(jiǎn)諧波。特別有利于解決波與振動(dòng)關(guān)系的難點(diǎn)，所演示的波長(zhǎng)、波速可調(diào)；可改變波的方向，制造工藝簡(jiǎn)單、成本低。
以下進(jìn)一步結(jié)合
本實(shí)用新型的原理及實(shí)施，附圖1是整體結(jié)構(gòu)圖；附圖2是三維坐標(biāo)原理圖；附圖3是電源部分及控制線路圖。
原理質(zhì)點(diǎn)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)在平行于平面內(nèi)的投影是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，由連續(xù)質(zhì)點(diǎn)組成的螺旋線，在平行于軸平面內(nèi)的投影是正弦曲線。當(dāng)螺旋線繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)的投影都是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)投影的分布則是正弦波的運(yùn)動(dòng)。如圖2；設(shè)螺旋線上有任一質(zhì)點(diǎn)P，其轉(zhuǎn)動(dòng)圓心是O，開始時(shí)在如圖位置，經(jīng)時(shí)間t繞X軸以角速度？勻速轉(zhuǎn)到Q點(diǎn)。
螺旋線參數(shù)方程X＝KtY＝AcoswtZ＝Asint
取t＝T；X＝λX＝Ktλ＝KTK＝ (λ)/(T)代入原式X＝ (λ)/(T) tt＝0時(shí)y＝ACOSθ (2π)/(λ) X其中θ＝∠PO′y′＝ (2π)/(T) t＝ (2π)/(λ) Xt＝t時(shí)ωt＝∠PO′Q＝∠PO′y′－∠QO′y′θ＝QO′y′＝∠PO′y′－ωt＝ (2π)/(λ) X－ωty＝ACOSθ＝ACOS( (2π)/(λ) X－ωt)＝ACOS(ωt－ (2π)/(λ) X)＝ACOS2π( (t)/(T) － (X)/(λ) )波速V＝K＝fλ波長(zhǎng)λ＝螺距結(jié)構(gòu)如附圖1，動(dòng)力箱(1)內(nèi)裝有電源、小電動(dòng)機(jī)和變速箱(圖中未畫出)。軸連器(2)把變速箱低速軸和螺旋軸(5)連在一起，遮光板(3)即是底座，又擋住不必要的光線讓幻燈機(jī)的光線只由矩形通光窗口(4)通過(guò)。螺旋軸(5)和縱軸桿(6)分別安放在通光窗口正中間，垂直不相交。縱軸桿(6)固定在遮光板(3)的邊上，其在屏上的投影是簡(jiǎn)諧波的縱軸。螺旋軸(5)在變速箱的帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在螺絲軸5上的螺旋線(8)也隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在屏上就得到一個(gè)勻速向前傳播的簡(jiǎn)諧波的運(yùn)動(dòng)圖象，為使成像清晰，螺旋線(8)的半徑4－8毫米，螺旋軸(5)和縱軸桿(6)的間距落大于螺旋線。(8)的半徑，以免螺旋線(8)與縱軸桿(6)相碰。螺旋軸(5)在屏上的投影為橫坐標(biāo)軸(X軸)，在螺旋軸(5)螺距的四分之一或二分之一處套一個(gè)橡皮小圓環(huán)(7)，投影到屏上為橫軸分度點(diǎn)?；脽魴C(jī)要把螺旋形狀放大數(shù)十倍，螺旋線略有偏差，投影的圖象會(huì)有明顯的失真，故要求螺旋線要足夠精確，誤差小于1％。因投影得到簡(jiǎn)諧波的波長(zhǎng)等于螺旋線的螺距，演示不同波長(zhǎng)的簡(jiǎn)諧波時(shí)要換用不同的螺旋線。為便于更換，螺旋線(8)緊繞在螺旋軸(5)上，并與橡皮小圓環(huán)(7)組成螺旋系統(tǒng)，每部投影儀需配備不同螺距的螺旋系統(tǒng)若干個(gè)，軸聯(lián)器(2)與螺旋軸(5)插接、演示不同波長(zhǎng)的簡(jiǎn)諧波時(shí)，更換不同螺旋系統(tǒng)，以防螺旋變形，立片(11)是軸承支架，球形軸承與軸配合較松，以利于取、放螺旋系統(tǒng)，螺旋軸(5)的尾部(9)留10毫米，以便于觀察某一時(shí)刻圖象的確定相位，整個(gè)裝置有兩個(gè)平行的支桿(12)緊固在一起。
動(dòng)力箱中小電動(dòng)機(jī)可用小型直流玩具電機(jī)。變速箱可用航模或電動(dòng)玩具中的變速箱，電動(dòng)機(jī)和變速箱的安裝及傳動(dòng)可參照，航?；螂妱?dòng)玩具執(zhí)行。動(dòng)力箱中的電源部分如附圖3，K1是電源開關(guān)，K1是換向開關(guān)，W是調(diào)速電位器，電路由市電供電，市電經(jīng)變壓器降壓和二極管整流后供給調(diào)速電路，改變W觸頭位置，使BG1基極得到不同的電壓從而改變通入小電動(dòng)機(jī)中的電流，控制了電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，改變了屏上簡(jiǎn)諧波波速的大小。K2是雙刀雙擲開關(guān)改變R2的位置，改變了電機(jī)兩端電壓極性，改變了電機(jī)轉(zhuǎn)向，改變了屏上簡(jiǎn)諧波的傳播方向。K1、W選帶開關(guān)的此位置；K2選鈕子開關(guān)，BG1和BG2也可選其它型號(hào)的中功率三極管，但必須一個(gè)PNP型。另一個(gè)PNP型。K1、K2安裝在面板子，其它元件全部安裝在一塊印刷電路板上，為使用直流電源，可在整流后的正、負(fù)兩端分別引出兩個(gè)接線柱。
在螺旋線(8)上，粘一個(gè)或若干個(gè)彩色透明小顆粒，做為波中突出的質(zhì)點(diǎn)，粘一個(gè)時(shí)用于演示“質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移”。粘多個(gè)時(shí)，用于演示“同相質(zhì)點(diǎn)或反相質(zhì)點(diǎn)”。這些小顆粒應(yīng)能任意粘上或取下。
波動(dòng)投影儀可演示的實(shí)驗(yàn)1、振動(dòng)和波動(dòng)的關(guān)系。
2、橫波的傳播過(guò)程。
3、觀察波峰與波谷。
4、波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向關(guān)系。
5、同相質(zhì)點(diǎn)與反相質(zhì)點(diǎn)。
6、驗(yàn)證V＝fλ。
權(quán)利要求1.一種波動(dòng)投影儀，其特征是由遮光板(3)、支桿(12)、動(dòng)力箱(1)和螺旋線系統(tǒng)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影儀，其特征是遮光板(3)右側(cè)開有矩形通光窗口(4)，通光窗口(4)正中間按有可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋線；遮光板(3)左側(cè)安有動(dòng)力箱，整個(gè)裝置由支桿(12)聯(lián)成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的投影儀，其特征是螺旋系統(tǒng)由螺旋線(8)，螺旋軸(5)，分度點(diǎn)，小橡皮圓環(huán)(7)和透明粘性小質(zhì)點(diǎn)組成，每個(gè)投影儀應(yīng)配備若干個(gè)不同螺距的螺旋系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的投影儀，其特征是動(dòng)力箱由電源部分、小電動(dòng)機(jī)和變速箱組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的投影儀，其特征是遮光板(3)、動(dòng)力箱(1)的外殼用薄金屬板制成，支桿(12)用4－6毫米(直徑)鋼筋制成，螺旋軸用2－3毫米鋼絲制成，螺旋線(8)用0.5－1.5毫米鋼絲制成。
專利摘要波動(dòng)投影儀是放在幻燈機(jī)上，演示機(jī)械波的一種教具，可幫助學(xué)生建立和理解波的概念，解決物理教學(xué)的難點(diǎn)。本投影儀是根據(jù)螺旋線繞軸勻速旋轉(zhuǎn)的投影是波動(dòng)的原理制成的，波速可大可小，波長(zhǎng)可長(zhǎng)可短，波速方向可以改變。投影儀由遮光板、支桿、螺旋系統(tǒng)和動(dòng)力箱組成，可演示振動(dòng)與波的關(guān)系、波的傳播過(guò)程、波峰與波谷、相同質(zhì)點(diǎn)與反相同質(zhì)點(diǎn)、波的方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的關(guān)系等。驗(yàn)證V＝fλ，應(yīng)用于整個(gè)波動(dòng)學(xué)過(guò)程。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2081555SQ9021683
公開日1991年7月24日 申請(qǐng)日期1990年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月23日
發(fā)明者汪明堂 申請(qǐng)人:汪明堂