受迫振动与共振综合实验仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于教学实验仪器技术领域，具体设及受迫振动与共振综合实验仪。
【背景技术】
[0002] 陈健与朱纯主编《物理课程探究性实验》一书中，"实验Ξ十五，受迫振动与共振"， 几个长度不等的弹性金属片固定在一根金属支架上，支架一端固定一偏屯、马达，马达的转 速是通过调节电源输出电压来控制，偏屯、马达转动带动金属支架和固定在支架上的弹性金 属片振动。弹黃片采用钢银条制成。
[0003] 该装置类似于如图1所示情况，不同的是马达下的弹黃直接固定在了底座上。固 定钢银条的金属片一端固定于稍高于底座的支撑架上，另一端固定在底座弹黃上，弹黃正 上方固定偏屯、马达（电机)，钢银条插入金属片上的一种实验装置，运种装置实验单一，效果 有限。 【实用新型内容】
[0004] 针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于设计提供一种受迫振动与共振 综合实验仪的技术方案。
[0005] 所述的受迫振动与共振综合实验仪，包括底座，其特征在于所述的底座上固定设 置左立柱和右立柱，所述的左立柱和右立柱之间从上至下设置第一横梁和第二横梁，所述 的第一横梁一端与左立柱较接配合，另一端与设置在右立柱上的产生共振弹黃配合，所述 的第一横梁顶面固定设置金属片系统和产生共振电机，所述的第一横梁底面固定设置单摆 系统和弹黃振子系统，所述的弹黃振子系统包括弹黃振子和固定在弹黃振子底部的破码， 所述的弹黃振子的弹黃振子圆柱体穿过第二横梁的通孔。
[0006] 所述的受迫振动与共振综合实验仪，其特征在于所述的产生共振电机通过导线连 接电机转速控制器，所述的电机转速控制器固定设置在底座上。
[0007] 所述的受迫振动与共振综合实验仪，其特征在于所述的第二横梁两端设置U形 口，所述的第二横梁的两端U形口分别与左立柱和右立柱卡接配合后通过螺钉固定。
[0008] 上述的受迫振动与共振综合实验仪，设计合理，避免了现有实验仪的单一性，另外 又增加了除金属片共振外的两种受迫实验内容，不但可W进行演示性实验，还能够通过定 量计算有针对性地进行实验。
【附图说明】
[0009] 图1为现有受迫振动演示仪的结构示意图；
[0010] 图2为本实用新型的结构示意图；
[0011] 图3为本实用新型进行金属片共振实验的原理图；
[0012] 图4为本实用新型进行单摆共振实验的原理图；
[0013] 图5为本实用新型进行弹黃振子共振实验的原理图；
[0014]图6为本实用新型中第二横梁的结构示意图。
[001引 图中：1-底座；2-左立柱；3-第二横梁；301-通孔；302-U形口；303-螺钉；4-第 一横梁；5-右立柱；6-产生共振弹黃；7-产生共振电机；8-导线；9-电机转速控制器； 10-金属片系统；11-单摆系统；12-弹黃振子；13-弹黃振子圆柱体；14-破码。
【具体实施方式】
[0016]W下结合说明书附图来进一步说明本实用新型。
[0017] 如图2和6所示，受迫振动与共振综合实验仪包括底座1，底座1上固定设置左立 柱2和右立柱5,左立柱2和右立柱5之间从上至下设置第一横梁4和第二横梁3。第一横 梁4 一端与左立柱2较接配合，另一端与设置在右立柱5上的产生共振弹黃6配合。第二 横梁3两端设置U形口 302,第二横梁3的两端U形口 302分别与左立柱2和右立柱5卡 接配合后通过螺钉303固定。第一横梁4顶面固定设置金属片系统10和共振产生电机7。 金属片系统10由一组钢银条构成。产生共振电机7通过导线8连接电机转速控制器9,电 机转速控制器9用于控制产生共振电机7的转速，电机转速控制器9固定设置在底座1上。 第一横梁4底面固定设置单摆系统11和弹黃振子系统。单摆系统11由一组单摆构成。弹 黃振子系统包括弹黃振子12和固定在弹黃振子12底部的破码14,弹黃振子12的弹黃振子 圆柱体13穿过第二横梁3的通孔301。
[0018] 如图3、4和5所示，本实用新型可进行金属片共振实验、单摆共振实验和弹黃振子 共振实验，丰富了实验内容和内涵。
[0019] 本实用新型改进后的优越性：
[0020] 改进后的受迫振动与共振综合实验仪：其一，可W做Ξ种不同类型的受迫实验； 其二，第一横梁底面设置栓线活动栓，用来固定不同摆长单摆；其Ξ，采用在立柱中间设置 能够使弹黃振子圆柱体上下活动的第二横梁；运样的一种装置，根据所做实验类型的需要， 就利用相应的配置零件做相应的实验；第四，增加了实验内容，更丰富了实验内涵；第五， 尤其单摆与弹黃振子实验可W通过定量计算，来有针对性地做相应实验；
[0021] (1)钢银条的共振现象巧日图3)
[0022] 系统在周期性外力的作用下会产生受迫振动，不同长度的金属片，其固有振动频 率不同，当产生共振电机7W不同转速转动时，该强迫外力频率与某一个金属片固有振动 频率相同时，该金属片受迫振动的幅度将会达到极大值，即产生了共振。调节共振产生电机 7的转速，就可改变强迫力的频率，从而使不同长度的弹性金属片先后产生共振。
[0023] (2)单摆实验原理巧日图4)
[0024] 设电机转速η(转/秒)，电动机转动角速度ω(弧度/秒)，感=遂编
[00巧]
……（1)
[0026] 单摆周期与摆长的关系：
[0027]
......似
[0028] 由（1)、（2)式得：
[0029]
......(3)
[0030] 可见，当电机转速（η)改变时，使之单摆摆长刚好满足（3)式，而计算出来的摆长 刚好符合8个摆长中的一个，那么该单摆就会跟随电机的转动而做周期性的摆动。当然，我 们也可W由（3)式得：
[0031]
......(4)
[0032] 根据（4)式，设计某一单摆摆长.，代入（4)式，计算出电机转速η，设置控制箱电机 转速η，让电机W该转速转动，运样就可看到对应该摆长1的单摆做周期性摆动，其摆动周 期为（2)式计算结果。
[0033] (3)弹黃振子共振原理巧日图5)
[0034] 设弹黃振子弹性系数k，弹黃振子下悬挂质量m，弹黃阵子周期计算公式
[0035]
......巧）
[0036] 电动机转动角速度族二3;||:，要使弹黃振子跟随电机转动产生共振，必须有
[0038] 由上式可知，保证弹黃性质不变，也就是在采用同一个弹黃振子条件下，即弹黃振 子下的破码质量m与电机转速的平方成反比，若调节偏屯、马达的转速（n)，使之满足（5)式 时，弹黃振子就会产生周期性共振现象。或者由（6)式推导得
[0039]
......(7)
[0040] 根据（7)式，首先确定弹黃振子悬挂质量m，代入（7)式，计算电机转速n，设置控制 箱电机转速n，让电机W转速η转动，运样就可看到对应该悬挂质量m下，弹黃振子做周期性 振动情况，其振动周期为（5)式计算结果。
[0041] 如上Ξ个实验，在做其中某一个实验时，可将将与该实验无关的另外两个实验元 件取下，而与该实验相关元件装上，再进行实验。
[0042]W上所述及图中所示的仅是本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可W作出若干变型和改进，运 些也应视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 受迫振动与共振综合实验仪，包括底座（1 )，其特征在于所述的底座（1)上固定设置 左立柱（2)和右立柱（5)，所述的左立柱（2)和右立柱（5)之间从上至下设置第一横梁（4) 和第二横梁（3)，所述的第一横梁（4) 一端与左立柱（2)铰接配合，另一端与设置在右立柱 (5)上的产生共振弹簧（6)配合，所述的第一横梁（4)顶面固定设置金属片系统（10)和产 生共振电机（7)，所述的第一横梁（4)底面固定设置单摆系统（11)和弹簧振子系统，所述的 弹簧振子系统包括弹簧振子（12)和固定在弹簧振子（12)底部的砝码（14)，所述的弹簧振 子（12)的弹簧振子圆柱体（13)穿过第二横梁（3)的通孔（301)。2. 如权利要求1所述的受迫振动与共振综合实验仪，其特征在于所述的产生共振电机 (7 )通过导线（8 )连接电机转速控制器（9 )，所述的电机转速控制器（9 )固定设置在底座（1) 上。3. 如权利要求1所述的受迫振动与共振综合实验仪，其特征在于所述的第二横梁（3) 两端设置U形口（302)，所述的第二横梁（3)的两端U形口（302)分别与左立柱（2)和右立 柱（5 )卡接配合后通过螺钉（303 )固定。
【专利摘要】受迫振动与共振综合实验仪，属于教学实验仪器技术领域。其包括底座，底座上固定设置左立柱和右立柱，左立柱和右立柱之间从上至下设置第一横梁和第二横梁，第一横梁一端与左立柱铰接配合，另一端与设置在右立柱上的产生共振弹簧配合，第一横梁顶面固定设置金属片系统和产生共振电机，第一横梁底面固定设置单摆系统和弹簧振子系统，弹簧振子系统包括弹簧振子和固定在弹簧振子底部的砝码，弹簧振子的弹簧振子圆柱体穿过第二横梁的通孔。本实用新型避免了现有实验仪的单一性，另外又增加了除金属片共振外的两种受迫实验内容，不但可以进行演示性实验，还能够通过定量计算有针对性地进行实验。
【IPC分类】G09B23/10
【公开号】CN205003913
【申请号】CN201520349938
【发明人】张锐波
【申请人】浙江大学城市学院
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年5月27日