专利名称：简谐振动演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学和实验中用的演示仪器，特别是涉及物理教学中的一种 简谐振动演示仪。
背景技术：
目前，在理论上可以用旋转矢量法表示一个简谐振动，简谐振动的图像为正弦或 余弦曲线，教学中通常采用弹簧振子来演示简谐振动，这种演示，只能让学生观察简谐振动 的现象，不能逼真地将勻速圆周运动与简谐振动的关系对应起来，不能演示振动曲线，有限 地演示，限制了学生的思维，截至目前还没有现成的演示仪能完好地将简谐振动的理论演 示出来。
发明内容本实用新型的发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单，使用方便， 效果明显的简谐振动演示仪，该演示仪能很好地演示用旋转矢量法表示简谐振动，同时还 能演示在质点做简谐振动时，质点位置随时间变化的图像。实现上述目的采用以下技术方案一种简谐振动演示仪，包括箱体、发光二极管、控制器、矢量演示仪和图像演示仪， 矢量演示仪与图像演示仪用导线连接，控制器安装在箱体内，⑴所述的矢量演示仪主要由矢量演示板、底座组成，矢量演示板固定在底座上，在 矢量演示板上设有以其中心点为圆心的参考圆，参考圆的圆心上安装有中心轴，该中心轴 上铰接有与参考圆半径等长的导体指针，所述参考圆的圆周上均勻地设置有多个矢量演示 发光二极管，演示板的内侧设有一条纵轴，纵轴上设置有多个与参考圆圆周上的矢量演示 发光二极管串联连接的发光二极管，矢量演示发光二极管、发光二极管位于电源的正负极 之间；⑵所述的图像演示仪主要由图像演示板、底座组成，图像演示板固定在底座上，在 图像演示板上设有呈正弦曲线均勻排布安装、由控制器控制的多个图像演示发光二极管；⑶所述的控制器主要由多个移位寄存器组成，移位寄存器的个数与图像演示发光 二极管的个数成比例。采用上述技术方案，本实用新型可单独演示简谐振动的旋转矢量表示法，也可同 时演示简谐振动的旋转矢量表示法和振动图像。结构简单，使用方便，演示效果好，该演示 仪可应用于简谐振动的教学、实验中，适合在高中数学、物理、大学物理实验和教学中广泛 使用。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的电路连接结构示意图。[0012]图中，矢量演示板1，参考圆2，矢量演示发光二极管3、3’，中心轴4，导体指针5，纵 轴6，图像演示板7，图像演示发光二极管8，矢量演示仪底座9，图像演示仪底座10，控制导 线11。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述。本实施例是一种简谐振动演示仪，由箱体、控制器、矢量演示仪和图像演示仪等组 成，控制器放在箱体内，矢量演示仪和图像演示仪的二极管主体在面板上，其引线在箱体内 连接，矢量演示仪与图像演示仪的演示面板并排放置，位于箱体的前部。见图1、图2，矢量演示仪由矢量演示板1、导体指针5、矢量演示仪底座9等组成， 矢量演示板1是矩形板，固定在矢量演示仪底座9上。以矢量演示板1的中心点为圆心，在 矢量演示板1上画参考圆2，该参考圆2的圆心上安装有中心轴4，中心轴4与控制导线11 连接，控制导线11与控制回路连接。中心轴4上铰接有与参考圆2半径等长的导体指针5 (OA),导体指针5以参考圆2的0点为圆心转动。在参考圆2的圆周上均勻地钻多个小孔， 多个发光二极管将其称之为矢量演示发光二极管3插入孔内，其主体露在矢量演示板1上， 其引线装在箱体内。本实施例设置16个矢量演示发光二极管3。在演示板1的内侧画一条 纵轴(0Y轴)6，纵轴6上均勻地钻多个小孔，多个发光二极管3’依次插入小孔内，其主体露 在矢量演示板1上，其引线装在箱体内。本实施例的OY轴上安装9个矢量演示发光二极管 3，。见图1，图2，位于OY轴上的9个发光二极管3’的连接结构是电源的正负极之 间连接两个发光二极管3、3’，发光二极管3在参考圆圆周上，发光二极管3’在纵轴6 (0Y 轴)上，矢量演示发光二极管3与发光二极管3’串联连接，与电阻R、导体指针5相连接形 成闭合电路。参考圆圆周、纵轴6上的矢量演示发光二极管3、发光二极管3’，与导体指针 5一同组成矢量演示仪的发光体系。矢量演示仪的发光二极管发光直接由电源控制。见图1，图像演示仪由图像演示板7、图像演示仪底座10等组成，图像演示板7是 一矩形板固定在图像演示仪底座10上。在矢量演示板7上画上y’ -t轴，按照正弦曲线的 模式等间距均勻钻孔，多个发光二极管将其称之为图像演示发光二极管8依次插入孔内， 主体露在图像演示板7上，其引线装在箱体内。本实施例的正弦曲线上均勻等间距安装18 个图像演示发光二极管8。见图2，控制器由多个移位寄存器(图2中虚线右侧部分)、开关等组成，放入箱体 内。移位寄存器的个数与图像演示发光二极管的个数成比例，由图像演示发光二级管的个 数决定，多个移位寄存器相互间用导线连接，形成控制回路，所述导线的另一端与控制开关 K连接。每个移位寄存器分别与4只图像演示发光二极管8连接，控制4只图像演示发光 二极管8，图像演示发光二极管8的另一端分别接电源负极。本实用新型的控制器放在图像演示仪一侧，其作用是控制发光二极管的亮灭及电 路的通断用导线连接。矢量演示仪与图像演示仪之间用三根导线连接，将三根导线断开，可 单独演示矢量演示仪，接通，可同时演示。图2中，位于左侧虚线框内串联电路控制矢量演示仪中的发光二极管，位于右侧的移位寄存器用于控制图像演示仪中图像演示发光二极管8。如图3所示，移位寄存器1、2 仅控制右侧图像演示仪的图像发光二极管IQtlUQr 1Q2、1Q3，2 JQ1JQ2JGj3……若为17个， 则移位寄存器3的Qc^ Q1, Q2, Q3分别与3%、3仏、3%、3仏相连，控制3%、3仏、3%、303，移位寄 存器4控制4(^4(^4(^4( ,则移位寄存器5控制5%。两侧用三根导线连接，断开导线仅 演示矢量演示仪，连接导线同时演示。每个移位寄存器有8个接线端，其中Vdd接电源正极，
C1相连经开关K接电源负极，Vss相连接电源负极，Cp相连经R接电源负极，前一个的Q3连
下一个的\。每个移位寄存器的％、Qp Q2> Q3分别连一只二极管的正极，控制4只二极管。 二极管负极连电源负极。图2显示的为电路连接控制部分，全部放在箱体内部。本实用新型的工作原理当矢量演示仪的导体指针5 (OA)以0点为圆心旋转时，导体指针5的箭头A与参 考圆圆周上某个矢量演示发光二极管3接触时，该矢量演示发光二极管3发光。同时在矢 量演示板1的纵轴6 (OY)上，与该矢量演示发光二极管3位于同一水平面上的发光二极管 3’也发光。此时，在与发光二极管3’相对应的y’ -t轴上的图像演示发光二极管8发光。 当导体指针5的箭头A转过此位置时，参考圆圆周上的矢量演示发光二极管3熄灭，同时在 OY轴上，与矢量演示发光二极管3在同一水平面上的发光二极管3’熄灭，而与发光二极管 3’相对应的图像演示仪y’ _t轴上的图像演示发光二极管8由于受控于移位寄存器所以一 直保持发光。当导体指针5的箭头A旋转一周时，在y’ _t轴平面上，留下一条振动的正弦 图像或余弦图像。从而演示出质点的振动可以用一个旋转矢量来表示的过程，从而证实当 质点做简谐振动时，其位置随时间的变化图像是一条正弦或余弦曲线。
权利要求1.一种简谐振动演示仪，包括箱体、发光二极管、控制器、矢量演示仪和图像演示仪，矢 量演示仪与图像演示仪用导线连接，控制器安装在箱体内，其特征在于，⑴所述的矢量演示仪主要由矢量演示板、底座组成，矢量演示板固定在底座上，在矢 量演示板上设有以其中心点为圆心的参考圆，参考圆的圆心上安装有中心轴，该中心轴上 铰接有与参考圆半径等长的导体指针，所述参考圆的圆周上均勻地设置有多个矢量演示发 光二极管，演示板的内侧设有一条纵轴，纵轴上设置有多个与参考圆圆周上的矢量演示发 光二极管串联连接的发光二极管，矢量演示发光二极管、发光二极管位于电源的正负极之 间；⑵所述的图像演示仪主要由图像演示板、底座组成，图像演示板固定在底座上，在图像 演示板上设有呈正弦曲线均勻排布安装、由控制器控制的多个图像演示发光二极管；⑶所述的控制器主要由多个移位寄存器组成，移位寄存器的个数与图像演示发光二极 管的个数成比例。
2.根据权利要求1所述的简谐振动演示仪，其特征在于，所述控制器的移位寄存器的 Vdd接线端连电源正极，每个移位寄存器分别与4只图像演示发光二极管连接，图像演示发 光二极管的另一端接电源负极。
3.根据权利要求1所述的简谐振动演示仪，其特征在于，所述控制器的多个移位寄存 器相互间用导线连接，导线的另一端与控制开关连接。
专利摘要一种教学用的演示仪器，特别是物理教学中使用的简谐振动演示仪。由矢量演示仪，图像演示仪，控制器组成。矢量演示仪的演示板上设有参考圆，参考圆的圆心上安装有中心轴，中心轴上铰接有导体指针，参考圆的圆周上均匀地设置有多个发光二极管，在演示板的内侧纵轴上设置有多个与参考圆圆周上的发光二极管串联连接的发光二极管，位于电源的正负极之间。图像演示仪的演示板上设有呈正弦曲线均匀排布安装、由控制器控制的多个发光二极管。由多个移位寄存器、控制电路组成的控制器控制发光二极管发光演示，结构简单，使用方便，演示效果好，该演示仪可应用于简谐振动的教学、实验中，适合在高中数学、物理、大学物理实验和教学中广泛使用。
文档编号G09B23/10GK201910177SQ20112001412
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者刘广平, 吴聪, 姜丽飞, 孙立萍, 崔泽宇, 王添, 路董华, 郭红杰 申请人:唐山师范学院