专利名称：悬臂弹簧共振源驻波实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于物理学机械波动理论演示实验技术领域，是一种悬臂弹簧共振源驻波实验装置。
在物理学的学习中，波动理论是一个比较抽象难懂的部分，特别是驻波现象和偏振现象，如果没有直观的演示实验辅助很难理解。而现有的驻波演示实验装置虽然结构简单，但存在着诸多问题①因振动发生器采用音叉或打点计时器，使之产生的振幅较小且不稳定，演示观察效果欠佳；振动频率不能连续可调，不能演示不同频率下波形的变化。②由于张力是加砝码产生的，因此不能方便地显示出张力与波动的关系。③振动发生器不能产生三维驻波，更不能演示机械偏振波。④不能调整振动发生器的固有频率，与不同策动力(外力)频率匹配产生共振。⑤功能单一，不能满足波动领域研究、演示的需要。
本实用新型目的之一是克服已有技术存在的缺陷，拟提供一种振幅大且稳定，振动频率能连续可调，演示观察效果极佳，又能方便直观显示出张力大小与波动关系的悬臂弹簧共振源驻波实验装置。
本实用新型目的之二是在上述装置基础上，克服已有技术的缺点，增加演示机械偏振波的功能。
本实用新型的目的之三是进一步克服已有技术的缺点，提供一种还能调整振动发生器固有频率的悬臂弹簧共振源驻波实验装置。
本实用新型的目的之一是由这样一种技术方案达到的。该方案所展示的装置包括振动发生器、弦线、劈尖、换向轮、张力发生器及支架。振动发生器固连在左边支架上，其前端连接弦线，弦线另一端依次通过劈尖和固定于右边支架上的换向轮与张力发生器相连。振动发生器由弹簧、振动传输固定套、偏心块、微电机、电位器和电源构成。弹簧后端固连于左边支架上并呈水平悬臂伸出，前端端头带钩，弦线一端拴结其上。振动传输固定套呈“8”字形，中部有一固连件，便于两环圈分别紧固套于弹簧和微电机机身上。偏心块固连于微电机的输出轴上。电源通过电位器、电源线与微电机输入端相连。张力发生器由张力显示器和弹簧片构成。弹簧片中部固连于张力显示器一侧，两端部各开有一孔并同时套在右边支架杆上。当压迫或松开弹簧片两端，使之沿支架杆上下移动、固定就可产生不同大小的张力并通过张力显示器显示出来。
该装置使用时，接通电源，微电机就可带动偏心块旋转产生振动。该振动又通过微电机及套于其上的振动传输固定套传给弹簧及拴结于前端钩头上的弦线，在弦线另一端劈尖反射点的同时作用下，弦线上就形成了三维驻波。当调节电位器就可使微电机和偏心块产生的策动力的振幅频率连续发生变化并与弹簧自身的固有频率相等，即产生共振，使驻波现象更明显，观察更清楚明瞭。由于电源产生的策动力可保持恒定，故由此而产生的振幅也极稳定。如果要观察张力大小与波动的关系，通过移动弹簧片在支架杆上的位置，从张力显示器的显示与波形的变化就可得知。
本实用新型的目的之二是通过在弦线中段设置一个启偏器来达到的。该启偏器由两块竖立并固定在支座上的平行板构成。使用时，弦线中段需置于两平行板之间，这样就可使三维驻波通过启偏器后变成二维驻波，演示机械波的偏振现象，进而理解光波的偏振现象。
本实用新型的目的之三是通过在弹簧后端中安装一根固有频率调节棒来达到。该调节棒具有一定刚性，其外径与弹簧螺旋段内径配合，并通过插入弹簧的深度来调整弹簧自身的固有频率，使之能与不同策动力的频率匹配产生共振，演示并观察到不同频率下波形的变化情况。另外，通过移动振动传输固定套调整微电机在弹簧上的前后安装位置也可调节弹簧的固有频率。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为偏心块与辐条轮的A-A向结构示意图；图3为本实用新型的电路图。
以下结合附图给出实施例并对本实用新型作进一步说明。
实施例如图1所示，本实用新型包括振动发生器、弦线10、劈尖11、换向轮13、张力发生器、支架9、12、启偏器22和固有频率调节棒24。
振动发生器由弹簧1、振动传输固定套2、偏心块3、微电机4、电位器5和电源6构成。弹簧1后端由一个蝴蝶螺帽7固连于左边支架9上侧并呈水平悬臂伸出，前端端头带钩8，弦线10一端拴结其上，另一端依次通过劈尖11和固定于右边支架12上的换向轮13与张力发生器相连。左、右支架9、12下端各连接有一桌缘夹14，可通过其将本装置固定支撑于桌面上。为了放大振幅，使之更好地演示观察，弹簧本体1与前端钩头8之间有一段连为一体的钩臂15。振动传输固定套2呈“8”字形，两环圈分别与弹簧1和微电机4机身外径配合套于其上，并通过中部的固连件螺栓、螺帽16紧固。偏心块3固连于微电机4的输出轴上。本实施例考虑美观，是将偏心块3安装在一个辐条轮17内一侧(见图2)，并通过辐条轮17中部轴孔与微电机4输出轴相连，辐条轮17面外侧覆有一个轮盖18。电源6通过电位器5、电源线19与微电机4的输入端相连，其电路连接见图3。为了使振动频率调节范围更大，本实施例的电位器5选用电阻电位器。
张力发生器由张力显示器20和弹簧片21构成。弹簧片21为一金属薄片，在其中部和两端部各开有一孔，中部由连接件固连于张力显示器20一侧，两端部通过所开的孔同时套在右边支架杆12上，利用金属薄片的弹性和回复力，就可通过压迫弹簧片21两端或松开，使之沿支架杆12上下移动、固定产生出不同大小的张力，并由张力显示器20显示出来。张力显示器20由弹簧、挂钩、刻度显示盒、指针构成，其连接装配关系如市面上销售的简易弹簧秤，但使用时倒挂使用。
启偏器22是由两块竖立并固定在支座23上的平行板构成，其两板之间的距离视弦线粗细决定。
固有频率调节棒24为一具有一定刚性的直棒，可用塑料、木材等制作。弦线10可采用弹性较好的橡筋绳制作。
本实用新型与已有技术相比，具有这样一些优点1.振源的频率和介质张力均连续可调，且操作简单。
2.能产生共振，使驻波振幅增大且稳定性好。
3.能获得三维驻波，并演示机械偏振波，效果明显。
4.适用面广，可用于演示观察驻波的产生、波形、特点等物理特征，研究驻波波长与频率、张力等的函数关系，观察研究三维驻波、机械偏振波及波的叠加等物理现象。
5.如果在弹簧钩头上拴结多条弦线，并分别给予不同张力，还可同时对比观察不同张力下的驻波波形变化。
权利要求1.一种悬臂弹簧共振源驻波实验装置，包括振动发生器、弦线(10)、劈尖(11)、换向轮(13)、张力发生器及支架(9、12)，振动发生器固定在左边支架(9)上，其前端连接弦线(10)，弦线(10)另一端依次通过劈尖(11)和固定于右边支架(12)上的换向轮(13)与张力发生器相连，其特征在于①振动发生器由弹簧(1)、振动传输固定套(2)、偏心块(3)、微电机(4)、电位器(5)和电源(6)构成，弹簧(1)后端固连于左边支架(9)上并呈水平悬臂伸出，前端端头带钩(8)，振动传输固定套(2)呈“8”字形，中部有一固连件(16)，两环圈分别套于弹簧(1)和微电机(4)机身上，偏心块(3)固连于微电机(4)的输出轴上，电源(6)通过电位器(5)、电源线(19)与微电机(4)的输入端相连；②张力发生器由张力显示器(20)和弹簧片(21)构成，弹簧片(21)中部固连于张力显示器(20)一侧，两端部各开有一孔并同时套在右边支架杆(12)上，通过上下移动产生不同大小的张力。
2.根据权利要求1所述的悬臂弹簧共振源驻波实验装置，其特征在于还包括启偏器(22)，该启偏器(22)由二块竖立并固定在支座(23)上的平行板构成，弦线(10)中段位于两平行板之间。
3.根据权利要求1或2所述的悬臂弹簧共振源驻波实验装置，其特征在于弹簧(1)后端中还安装有固有频率调节棒(24)。
4.根据权利要求1或2所述的悬臂弹簧共振源驻波实验装置，其特征在于①偏心块(3)安装于辐条轮(17)一侧，并通过辐条轮(17)中部轴孔与微电机(4)输出轴相连，轴条轮(17)面外侧覆有一轮盖(18)；②弹簧本体(1)与钩头(8)之间有一段连为一体的钩臂(15)；③电位器(5)为电阻电位器；④张力显示器(20)由弹簧、挂钩、刻度显示盒、指针构成。
5.根据权利要求3所述的悬臂弹簧共振源驻波实验装置，其特征在于①偏心块(3)安装于辐条轮(17)一侧，并通过辐条轮(17)中部轴孔与微电机(4)输出轴相连，辐条轮(17)面外侧覆有轮盖(18)；②弹簧本体(1)与钩头(8)之间有一段连为一体的钩臂(15)；③电位器(5)为电阻电位器；④张力显示器(20)由弹簧、挂钩、刻度显示盒、指针构成。
专利摘要本实用新型所展示的悬臂弹簧共振源驻波实验装置,包括振动发生器、弦线、劈尖、换向轮、张力发生器、启偏器、固有频率调节棒和支架。其技术特点是振动发生器能产生共振,频率能连续可调,驻波振幅大且稳定性好;张力发生器能方便、连续地调节张力并显示出来;通过启偏器可演示观察到机械偏振波;操作简单,演示观察效果好,适用面广,是演示、观察、研究驻波特性及与频率、张力关系、机械偏振波及波的叠加现象的首选装置。
文档编号G09B23/10GK2370500SQ9923133
公开日2000年3月22日 申请日期1999年4月9日 优先权日1999年4月9日
发明者刘若愚 申请人:刘若愚