一種演示弦線上駐波固有頻率的決定因素的實驗教具制造技術

本實用新型專利技術提供一種演示弦線上駐波固有頻率的決定因素的實驗教具，該實驗教具包括箱體以及位于箱體內部的長度調節裝置、振動源、弦線、刀口架、砝碼和振動源振動頻率調節電路，長度調節裝置與箱體的內壁連接，振動源固定在長度調節裝置上，所述的刀口架的一端固定在箱體內壁上，刀口架的另一端開設有刀口，所述的弦線的一端連接振動源，弦線的另一端穿過刀口與砝碼連接，所述的振動源振動頻率調節電路與振動源電連接。具有操作簡單方便，實驗過程直觀準確，實驗效果明顯，學生易于理解，有利于教學的突出優點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種教學用具，特別是一種在大、中學物理實驗教學中用來演示弦線上駐波固有頻率的決定因素的教具。利用該教具既可直觀地演示出弦線上駐波形成過程，又可方便地演示弦線上駐波固有頻率的決定因素，從而研究弦線的振動規律。
技術介紹
駐波(standing wave)是兩列強度相同，傳播方向相反的行波相干疊加得到的振動。假定以下兩行波在同一空間區域傳播 V, = A co^{kx - cot - φ) /I、r ^ ,y2 = Acos (kx+ ω t),合成波是+ _y2 = 2/1 cos(.^v: - —)cos(i>j/ I-—) 2 2，這就是駐波方程。駐波的振動區域可以是一維的，如各種弦樂器上弦的振動，這是最簡單的駐波形態；可以是二維的，如薄片振動形成赫拉德尼圖；也可以是三維的，如各種管樂器中空氣柱的振動。駐波在自然界中廣泛存在。而對駐波的研究，無論在科學研究領域還是在工程
，都是一個既古老，同時又充滿青春魅力的課題。目前，大、中學物理教學中，講授振動和波，都要談到駐波，并從最簡單的駐波形態入手。在講授弦線上駐波的形成過程、弦線振動固有頻率的決定因素及共振現象產生條件的內容時,往往要進行相關演示，傳統的演示方法是一條橡皮繩一端固定，另一端用手不停抖動形成駐波。由于弦線上駐波的形成過程較快，使用傳統方法演示時往往波源頻率不穩，不易形成穩定的駐波；弦線振動的固有頻率由公式Γ χ ω I [Tr/=- = - — 2π Ia πρ決定，式中f-頻率，ω-角頻率,I-弦線長度，a-弦線直徑，F-弦線上張力，P-弦線密度，可見，弦線振動的固有頻率的決定因素是1_弦線長度，a-弦線直徑，F-弦線上張力，P -弦線密度。顯然，傳統方法演示不易控制變量，造成學生對固有頻率公式理解困難；而傳統方法演示共振現象產生條件時是使用所謂的共振擺演示，該演示儀器對周期性策動力頻率和振動體的固有頻率不易區分，且演示過程中由于各擺的相互影響，導致出現各擺的振幅周期性變化的現象，嚴重干擾學生對預期現象的觀察，不易得出正確的結論。上述問題雖然可用多媒體技術解決，但直觀性差。
技術實現思路
本技術的目的在于針對現有技術存在的問題，提供一種能直觀地演示出弦線上駐波的形成過程、弦線振動的固有頻率的決定因素及共振現象產生條件的教具，該教具具有穩定的連續可調的振動源，且弦線長度1，弦線直徑a，弦線上張力F，弦線密度P能獨立變化，并對每種變化都能形成穩定的駐波波形，使演示效果更清晰、直觀、準確，操作更簡單方便，易于學生理解，有利于教學。本 技術的目的通過以下技術方案來實現一種演示弦線上駐波固有頻率的決定因素的實驗教具，其特征在于，該實驗教具包括箱體以及位于箱體內部的長度調節裝置、振動源、弦線、刀口架、砝碼和振動源振動頻率調節電路，長度調節裝置與箱體的內壁連接，振動源固定在長度調節裝置上，所述的刀口架的一端固定在箱體內壁上，刀口架的另一端開設有刀口，所述的弦線的一端連接振動源，弦線的另一端穿過刀口與砝碼連接，所述的振動源振動頻率調節電路與振動源電連接。作為優選，所述的長度調節裝置包括水平滑板、豎直板、螺桿、帶轉動手柄的螺母和限位復位彈簧，所述的水平滑板設在箱體底部，與箱體滑動連接，該水平滑板的一端與豎直板垂直固定連接，所述的螺桿的一端固定在豎直板中部，螺桿的另一端穿過箱體的內壁與位于箱體外的帶轉動手柄的螺母連接，所述的限位復位彈簧套在位于箱體內壁與豎直板之間的螺桿上，所述的振動源固定在豎直板上。作為優選，所述的振動源包括振動片、帶偏心輪的電機和弦線固定裝置，所述的振動片的一端固定在長度調節裝置上，振動片的另一端連接弦線固定裝置，所述的弦線固定裝置與弦線連接，所述的帶偏心輪的電機固定在振動片上。作為優選，所述的弦線固定裝置包括弦線穿孔圓柱體和弦線緊固螺母，所述的弦線穿孔圓柱體固定在振動片上，該弦線穿孔圓柱體在第一徑向方向上開設用于穿接弦線的穿孔，在與第一徑向方向垂直的第二徑向方向上開設螺孔，所述的弦線緊固螺母穿過螺孔，固定住弦線。作為優選，所述的刀口架的刀口設有劈尖，弦線搭接在劈尖上。作為優選，所述的箱體的一側面上設有玻璃觀察窗。作為優選，該實驗教具包括日光燈照明電路，該日光燈照明電路設在箱體內。與現有技術相比，本技術利用直流電機、偏心輪、振動片的結構組合獲得一頻率穩定且連續可調的振動源，保證在相同的條件下弦線共振態的振幅，即弦線上形成的駐波波形穩定不變；弦線上張力由弦線跨過刀口下端懸掛的砝碼質量決定，改變砝碼質量即改變弦線上張力大小，弦線的振動長度用長度調節裝置加以調節，從而，弦線上張力的大小和弦線振動的長度及弦線密度、直徑均可單獨改變，達到獨立控制變量的目的。因此，本技術具有操作簡單方便，實驗過程直觀準確，實驗效果明顯，學生易于理解，有利于教學等特點。附圖說明圖I為本技術的結構示意圖圖；圖2為本技術的主剖視結構示意圖；圖3為圖2中I處的局部放大結構示意圖；圖4為途2中II處的局部放大結構示意圖；圖5為本技術的電路圖。圖中1.箱體，2.直流電機，3.弦線，4.刀口架，5.刀口，51.劈尖，6.直流電機調速電阻，7.電源開關，8.電源插頭，9.電路元件安裝盒，10.砝碼，11.日光燈，12.水平滑板，13.弦線固定裝置，131.弦線緊固螺母，132.弦線穿孔圓柱體，14.振動片，15.偏心輪，16.螺桿，17.限位復位彈簧，18.帶轉動手柄的螺母，19.玻璃觀察窗，20.豎直板，21.后箱至JHL ο具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本技術進行詳細說明。實施例 如圖f圖5所示，一種演示弦線上駐波固有頻率的決定因素的實驗教具，該實驗教具包括箱體I以及位于箱體I內部的長度調節裝置、振動源、弦線3、刀口架4、砝碼10和振動源振動頻率調節電路。長度調節裝置與箱體的內壁連接，振動源固定在長度調節裝置上，長度調節裝置用于調節位于刀口架4和振動源之間的弦線3的長度，振動源用于產生固定頻率的振動。刀口架4的一端固定在箱體I內壁上，刀口架4的另一端開設有刀口 5。弦線3的一端連接振動源，弦線3的另一端穿過刀口 5與砝碼10連接。振動源振動頻率調節電路與振動源電連接，振動源振動頻率調節電路可由串接在電路中的可調電阻調節組成，通過調整電阻大小，可改變振動源的的振動頻率。長度調節裝置包括水平滑板12、豎直板20、螺桿16、帶轉動手柄的螺母18和限位復位彈簧17。水平滑板12設在箱體I底部，與箱體I滑動連接，該水平滑板12的一端與豎直板20垂直固定連接。螺桿16的一端固定在豎直板20中部,螺桿16的另一端穿過箱體I的內壁(內壁上設有孔)與位于箱體I外的帶轉動手柄的螺母18采用螺紋連接，并使帶轉動手柄的螺母18緊靠在箱體I的外側面。限位復位彈簧17套在位于箱體I內壁與豎直板20之間的螺桿16上。振動源固定在豎直板20上。通過旋轉帶轉動手柄的螺母18，可帶動水平滑板12在箱體I內底面滑動，從而實現調節位于刀口架4和振動源之間的弦線3的長度。振動源包括振動片14、帶偏心輪15的電機，和弦線固定裝置13，其中電機采用直流電機2，偏心輪15用塑料制成，安放在直流電機2的軸上。振動片14的一端固定在長度調節裝置本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種演示弦線上駐波固有頻率的決定因素的實驗教具，其特征在于，該實驗教具包括箱體以及位于箱體內部的長度調節裝置、振動源、弦線、刀口架、砝碼和振動源振動頻率調節電路，長度調節裝置與箱體的內壁連接，振動源固定在長度調節裝置上，所述的刀口架的一端固定在箱體內壁上，刀口架的另一端開設有刀口，所述的弦線的一端連接振動源，弦線的另一端穿過刀口與砝碼連接，所述的振動源振動頻率調節電路與振動源電連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張紅，馮淳，周煜剛，汪光宇，高麗麗，陳順玲，
申請(專利權)人：四川理工學院，
類型：實用新型
國別省市：