專利名稱：振動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合成演示器。
現(xiàn)有的振動合成演示裝置大多采用機(jī)械傳動方式。如上海復(fù)旦大學(xué)校辦工廠生產(chǎn)的“振動合成演示儀”通過采用機(jī)械傳動方式操縱畫筆，同時(shí)參與水平方向或垂直方向的子振動，在振動過程中，描繪出振動合成的圖象。該演示儀對定性合成振動理解有幫助，但由于看不到子振動圖象，不能清楚的反映振動合成分解原理，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及其子振動的圖象，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。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)子振動的振幅為零。用具有一定正弦曲線形狀的振動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，改變該排小球在Y－T平面的相對位置，使它呈現(xiàn)出第二個(gè)子振動的振動圖象，這時(shí)頂端小球顯現(xiàn)的圖象即為合成的振動圖象。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)子振動在X－T平面上的振動曲線；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向子振動圖象。這時(shí)從T軸向觀察就可以看到不同的合成振動的李薩如圖形。
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，支架可繞底座(繞Y軸)轉(zhuǎn)動。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)同方向振動或垂直方向振動的子振動及其合成振動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，加深其對抽象知識的理解，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)動轉(zhuǎn)軸(19)，刻度盤(16)可以顯示轉(zhuǎn)軸相對于箱體的轉(zhuǎn)動角度。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)位于相對應(yīng)的支桿(8)和頂端，按簡諧振動曲線排列。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)塊各不相同的振動圖形模板安裝在轉(zhuǎn)軸(19)上。安裝在轉(zhuǎn)軸(19)上的振動圖形模板分縱向式和橫向式。模板上沿為臺階狀排列(25)的縱向模板(17)是根據(jù)需要表現(xiàn)出振動的不同周期、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狀況的需要做出的按角度劃分的凸凹臺階，每塊模板(26)與支桿連板(24)一一對應(yīng)。為了使演示情況和標(biāo)準(zhǔn)的李薩如圖形相對應(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)中可插入不同振動圖形的模板(28)。(5)為升降桿提手。當(dāng)轉(zhuǎn)動模板或插入模板時(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所述的振動合成演示器，其特征在于振動圖形模板可由數(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狀況的需要做出按角度劃分的凸凹臺階，每塊模板(26)與支桿連板(24)一一對應(yīng)。
5.一種振動合成演示器，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)同方向振動或垂直方向振動的子振動及其合成振動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)識加深對抽象知識的理解。
文檔編號G09B23/08GK2084632SQ9120061
公開日1991年9月11日 申請日期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 申請人:辛保林, 郝德欣, 高玉琢, 程蓓麗