波形的实验演示装置的制作方法

本实用新型属于科普展示教育和教学实践活动技术领域，具体涉及一种波形演示装置。

背景技术：

物理学中，波是在空间以特定形式传播的物理量或物理量的扰动。由于是以特定的形式传播，这个物理量(或其扰动)成为空间位置和时间的函数，而且是这样的函数，即在时间t出现在空间r处周围的分布，会在时间(t+Δt)出现在空间(r+vΔt)的周围。v一般说是个常矢量，就是有关物理量(或其扰动)的传播速度。物理量函数称为波函数，数学上它是一个叫波动方程的在特定边界条件下的解。

我们将某一物理量的扰动或振动在空间逐点传递时形成的运动称为波。不同形式的波虽然在产生机制、传播方式和与物质的相互作用等方面存在很大差别，但在传播时却表现出多方面的共性，可用相同的数学方法描述和处理。

在科普展示教育和教学过程中，通常教师都要在黑板上绘制波形，尽力地描述波形的状态，语言的描述和图形的绘制，对学习者而言，造成了直观教学的困难。最为常见的是通过绳子、弹簧的教具来表现。但是，突出的问题是这些教具无法实现展示波的干涉、波的衍射、驻波等的直观演示.通常情况下，这类通过展示教育活动需要借助于计算机多媒体系统来表现，存在着真实感不好、表现形式单一的缺点；而采用虚拟现实技术，也称灵境技术或人工环境，则是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物，但存在结构复杂、造价高、不易于与观众互动等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种能够直观展示波形传播特性的波形演示装置，该装置结构简单且成本较低。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

波形的实验演示装置，包括用于盛放液态透明介质的盘状容器，该盘状容器的底壁由透明材料制成，所述盘状容器上部设有振子，所述振子靠近透明液态介质的液面设置，并能够按照设定的频率击打液面；所述盘状容器上方设有一光源，该光源发出的光束能够穿过液态透明介质和盘状容器的底壁，并在盘状容器下方的实体表面形成投影。

优选的，所述盘状容器上方间隔设置有一顶盖，所述顶盖通过连接杆与盘状容器的边缘相连，所述光源安装在顶盖的下端面上。

优选的，所述顶盖的上端面上设有便于悬吊的结构。

优选的，所述振子通过悬伸杆固定在连接杆的下端。

优选的，所述盘状容器为圆形，所述振子为一个，且该振子位于盘状容器的中心。

优选的，所述盘状容器内设有与盘状容器同心设置的带有缺口的圆形围坝。

优选的，所述盘状容器为圆形，所述振子为两个，且两振子关于盘状容器的轴线对称布置。

优选的，所述盘状容器为长条形，所述振子为一个，且该振子偏向盘状容器的其中一端设置。

优选的，所述液态透明介质为水或无色硅油。

优选的，所述盘状容器由透明玻璃制成。

本实用新型的技术效果在于：

1)、本实用新型用简单的结构和手段设计了波形的实验演示装置，操作简单方便，演示效果清晰直观。由于盘状容器为透明状，通过其上方的光源照射，可以在装置的下部，如地面上，形成清晰可见的图像，因此参观者或学习者可以清晰地观察到各种波的形状，从而大大促进了参观者或学习者对自身周围的空间所产生波的认识。

2)、本实用新型除了可以演示圆形波外，还可以演示波的干涉、波的衍射和驻波现象。

3)、本装置采用采用悬挂方式和聚光灯投影相结合，可以根据使用现场的情况，通过改变演示装置悬挂的高度，来调整投影图像的大小，可以做到大面积投影展示，非常适合于科普场馆使用。

4)、本实用新型具有互动性，参观者或学习者能够直观地观察到随着盘状容器的不同和振子数量与位置的不同，所产生的波形是完全不同的。这种通过参观者或学习者自己动手和直接观看，有利于促进参观者或学习者在教学过程中对波形的理解；同时也提高了演示过程中的互动性和趣味性，大大提高了展示效果和教学质量。

5)、本实用新型振子用电量极少，LED聚光灯节能，可根据实际需要在各种场所进行演示，符合节能减排的社会需要，并且结构简单，降低维护费用，适合于长期的科普展示和教学活动使用。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1所提供的波形演示装置的立体结构示意图；

图2是本实用新型的实施例2所提供的波形演示装置的立体结构示意图；

图3是本实用新型的实施例3所提供的波形演示装置的立体结构示意图；

图4是本实用新型的实施例4所提供的波形演示装置的立体结构示意图。

附图中的标记符号的含义如下：

1－盘状容器

2－顶盖

3－连接杆

4－光源

5－振子

6－悬伸杆

7－圆形围坝

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

如图1-4所示，一种波形演示装置，包括用于盛放液态透明介质的盘状容器1，该盘状容器1的底壁由透明材料制成。该液态透明介质和透明材料并不局限于无色透明，有时为了使投影更加醒目，使用有色液态透明介质或有色透明材料效果更佳，具体还需要根据现场光照环境而定。所述盘状容器1上部设有振子5，所述振子5靠近透明液态介质的液面设置，并能够按照设定的频率击打液面；所述盘状容器1上方设有一光源4，该光源4发出的光束能够穿过液态透明介质和盘状容器1的底壁，并在盘状容器1下方的实体表面形成投影。所述液态透明介质为水或无色硅油。所述盘状容器1由透明玻璃制成，所述光源4为聚光灯。本实用新型用简单的结构和手段设计了波形的实验演示装置，操作简单方便，演示效果清晰直观。由于盘状容器1为透明状，通过其上方的光源4照射，可以在装置的下部，如地面上，形成清晰可见的图像，因此参观者或学习者可以清晰地观察到各种波的形状，从而大大促进了参观者或学习者对自身周围的空间所产生波的认识。

实施例1

如图1所示，图例展示圆形波现象的演示装置结构示意图。

该演示装置在连接杆3下端设有圆形盘状容器1，所述盘状容器1内盛有清水且上部悬挂安装有1个振子5，所述振子5固定安装在连接杆3上，振子位于圆形盘状容器1的圆心，并可以按照设定的频率击打水面；所述圆形盘状容器1上部设置有光源4，所述光源4可以照射在盘状容器1上；所述圆形盘状容器1、振子5、光源4通过连接杆3和顶盖2连接在一起形成一个整体；所述顶盖2上部设置有悬吊杆，可以将装置悬吊在空中。

下面结合附图对该演示装置的工作过程做详细说明。

首先，参观者或学习者将圆形盘状容器1中充满清水，打开光源4，此时可以看到在光源4照射下地面有圆形盘状容器1的投影影像，随后，参观者或学习者启动振子5，振子5按照一定的频率击打圆形盘状容器1中的水面，通过地面的投影影像，参观者或学习者可以清晰的看到圆形波。

实施例2

如图2所示，图例展示波的干涉现象演示装置结构示意图。

该演示装置在连接杆3下端设有圆形盘状容器1，所述盘状容器1内盛有清水且上部悬挂安装有2个振子5，所述振子5固定安装在连接杆3上，2个振子分别对称位于圆形盘状容器1的非圆心位置，并可以按照设定的频率击打水面；所述圆形盘状容器1上部设置有光源4，所述光源4可以照射在盘状容器1上；所述圆形盘状容器1、振子5、光源4通过连接杆3和顶盖2连接在一起形成一个整体；所述顶盖2上部设置有悬吊杆，可以将装置悬吊在空中。

下面结合附图对该演示装置的工作过程做详细说明。

首先，参观者或学习者将圆形盘状容器1中充满清水，打开光源4，此时可以看到在光源4照射下地面有圆形盘状容器1的投影影像，随后，参观者或学习者启动振子5，2个振子5同时按照一定的频率击打圆形盘状容器1中的水面，通过地面的投影影像，参观者或学习者可以清晰的看到波的干涉现象。

实施例3

如图3所示，图例展示波的衍射现象的演示装置结构示意图。

该演示装置在连接杆3下端设有圆形盘状容器1，所述盘状容器1内盛有清水且上部悬挂安装有1个振子5，所述振子5固定安装在连接杆3上，振子5位于圆形盘状容器1的圆心，并可以按照设定的频率击打水面；所述盘状容器1内安装有带有缺口的圆形围坝7，圆形围坝7的圆心与圆形盘状容器1的圆心相同，所述圆形盘状容器1上部设置有光源4，所述光源4可以照射在盘状容器1上；所述圆形盘状容器1、振子5、光源4通过连接杆3和顶盖2连接在一起形成一个整体；所述顶盖2上部设置有悬吊杆，可以将装置悬吊在空中。

下面结合附图对该演示装置的工作过程做详细说明。

首先，参观者或学习者将圆形盘状容器1中充满清水，打开光源4，此时可以看到在光源4照射下地面有圆形盘状容器1的投影影像，随后，参观者或学习者启动振子5，振子5按照一定的频率击打圆形盘状容器1中的水面，通过地面的投影影像，参观者或学习者可以清晰的看到波的衍射现象。

实施例4

如图4所示，图例展示驻波现象演示装置结构示意图。

该演示装置在连接杆3下端设有跑道形盘状容器1，所述盘状容器1内盛有清水且上部悬挂安装有振子5，所述振子5固定安装在连接杆3上，振子5位于跑道形盘状容器1的一端位置，并可以按照设定的频率击打水面；所述跑道形盘状容器1上部设置有光源4，所述光源4可以照射在跑道形盘状容器1上；所述跑道形盘状容器1、振子5、光源4通过连接杆3和顶盖2连接在一起形成一个整体；所述顶盖2上部设置有悬吊杆，可以将装置悬吊在空中。

下面结合附图对该演示装置的工作过程做详细说明。

首先，参观者或学习者将圆形盘状容器1中充满清水，打开光源4，此时可以看到在光源4照射下地面有圆形盘状容器1的投影影像，随后，参观者或学习者启动振子5，振子5按照一定的频率击打矩形盘状容器1中的水面，通过地面的投影影像，参观者或学习者可以清晰的看到驻波现象。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。