磁吸式绳驻波演示仪的制作方法

[0001]
本实用新型涉及物理仪器技术领域，尤其涉及一种磁吸式绳驻波演示仪。


背景技术：

[0002]
为了演示弦线振动和驻波的形成已有的弦振动测定的装置很多，如中国实用新型专利，申请号201410128542.7，一种圆偏振弦线驻波演示仪，设置一个矩形底板(1)，矩形底板沿长形方向延伸的两端各固定有一个支撑杆(2)，一根弹性波动绳(4)拉直状态下两端各固定在支撑杆上，底板的一端设置一个可调速电机盒(5)，电机安装在盒内，伸出盒外的电机轴的端部固定有一金属圆盘(6)，在圆盘向外的盘面上固定一向外凸出的偏心轴(7)，偏心轴(7)端部挖有导向槽(8)，拉直的弹性波动绳与导向槽接触。该专利的缺点是:体积非常大，需要放置在讲台上使用，教学使用时教师携带非常的不方便，另外，学生观察起来也不方便，由于讲台都比学生的座椅高，学生从下方向讲台斜上方看会被讲台前部分遮挡住部分实验，无法完整的观察实验装置，因此，亟待对现有结构进行改进。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种磁吸式绳驻波演示仪。
[0004]
本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种磁吸式绳驻波演示仪，包括可调速电机盒，其特征在于：还包括拉力显示装置，所述可调速电机盒以及拉力显示装置的后侧分别安装有磁铁，通过磁铁将所述可调速电机盒以及拉力显示装置固定在黑板上，所述拉力显示装置包括铝合金外壳、拉力传感器、挂钩以及线绳；所述铝合金外壳的后侧的四个夹角处分别固定有所述磁铁，所述铝合金外壳的正面开有方孔用于安装拉力显示屏，所述拉力显示屏内置拉力信号处理和显示电路，用于将拉力传感器测到的拉力显示出来，所述拉力传感器通过螺丝固定在所述铝合金外壳的底部，所述挂钩拧在拉力传感器的螺孔中，铝合金外壳的侧部开孔，挂钩从孔伸出开口向上，所述线绳的一端固定在所述挂钩上，另一端连接在所述可调速电机盒的上的盒体立柱上。
[0005]
优选地，所述可调速电机盒包括盒体、电机、金属盘、偏心轴和盒体立柱，盒体后侧的四个夹角处分别固定所述磁铁，电机安装在盒体内，金属盘在盒体外与电机的输出轴连接，所述偏心轴固定在所述金属盘上，所述盒体立柱固定在盒体上，线绳从上边跨过偏心轴末端固定在盒体立柱上。
[0006]
优选地，选择不同直径和深浅颜色的线绳。
[0007]
优选地，还包括磁吸式轮槽和磁吸式立柱，磁吸式轮槽和磁吸式立柱分别通过磁铁吸附在黑板上。
[0008]
本实用新型的有益效果是:
[0009]
1、体积小，便于携带。
[0010]
2、拉力直接显示，灵活，拉力连续可变，直观。
[0011]
3、磁吸式，以教室中黑板或白板作为背景和支架，绳长不受自带支架限制，便于各
种环境演示。
[0012]
4、不同规格和颜色的绳，可以改变绳的参数进行实验，而且在不同背景黑板或白板下均可演示。
[0013]
5、用磁吸式轮槽和磁吸式立柱代替拉力计，加挂砝码可以更直观演示拉力对驻波的影响。
附图说明
[0014]
图1是本实用新型的主视图。
具体实施方式
[0015]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器或特征与其他器或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器被倒置，则描述为“在其他器或构造上方”或“在其他器或构造之上”的器之后将被定位为“在其他器或构造下方”或“在其他器或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0016]
如图1所示，一种磁吸式绳驻波演示仪，包括拉力显示装置1和可调速电机盒2，所述可调速电机盒以及拉力显示装置的后侧分别安装有磁铁3，通过磁铁将所述可调速电机盒以及拉力显示装置固定在黑板4上，所述拉力显示装置包括铝合金外壳11、拉力传感器12、挂钩13以及线绳14；所述铝合金外壳的后侧的四个夹角处分别固定有所述磁铁，所述铝合金外壳的正面开有方孔用于安装拉力显示屏15，所述拉力显示屏内置拉力信号处理和显示电路，用于将拉力传感器测到的拉力显示出来，单位为牛顿。所述拉力传感器通过螺丝固定在所述铝合金外壳的底部，所述挂钩拧在拉力传感器的螺孔中，铝合金外壳的侧部开孔，挂钩从孔伸出开口向上，所述线绳的一端固定在所述挂钩上。所述可调速电机盒2包括盒体21、电机、金属盘22、偏心轴23和盒体立柱24，盒体后侧的四个夹角处分别固定所述磁铁，电机安装在盒体内，金属盘在盒体外与电机的输出端连接，所述偏心轴固定在所述金属盘上，所述盒体立柱固定在盒体上，线绳从上边跨过偏心轴末端固定在盒体立柱上。
[0017]
选择不同直径和深浅颜色的线绳。不同直径用于演示绳的密度对与驻波的关系；不同深浅颜色用来在不同的背景(如黑板或白板)上清晰观察驻波。
[0018]
两个部分全部配备3米长线直流电源，在一般教室都可以用黑板下的插座直接演示。
[0019]
实验原理：如图1所示，12v电源驱动转轮转动，转轮上的偏心轴带动弹性绳振动，机械波沿绳传播。绳的另一端固定在一个吸附在黑板上的立柱上，波在此反射。当满足公式
[0020][0021]
时，绳中产生驻波。其中，ν
n
为可能的频率，l为弦长，f为绳中张力，ρ
l
，为绳的质量
线密度，为波速u。
[0022]
调节式(1)中的各参数，可以得到状态(频率，波长)的驻波。
[0023]
实验步骤：
[0024]
1、将整套仪器吸附在黑板上，将直流12v电源接入电源插孔。
[0025]
2、将弹性绳两端分别固定在电机盒立柱和磁吸式立柱上。
[0026]
3、将频率逆时针调到最低，打开电源，此时频率显示为0。
[0027]
4、逐渐提高频率，观察绳波状态，出现驻波时微调频率使其稳定。
[0028]
5、按倍数改变频率，可得到不同的波长。
[0029]
6、改变绳长或拉力进行实验。
[0030]
7、更换不同线密度的绳重复实验。
[0031]
8、将磁吸立柱6换成拉力计，将弹性绳末端挂在拉力计挂钩上，可直接从拉力计显示屏上读出绳的张力。注意：拉力计吸在黑板上后，未挂绳之前要清零。实验现象如封面图所示。
[0032]
9、磁吸槽轮5可用于吸在黑板上，把绳绕过去拉在磁吸立柱上，不改变磁吸槽轮位置而改变磁吸立柱位置，可以改变拉力。用钩码代替磁吸式立柱可从钩码的数量直观地观测接力变化对驻波的影响。
[0033]
相对于现有技术，本装置就一个拉力显示装置1和一个可调速电机盒2，仪器小型化，便于携带，变实验室演示为理论课堂直接演示，实现了理论与实验的完全同步和完美结合，解决了实验仪器进理论课堂的困难；仪器可以方便地吸附在黑板上演示，供全班同学同时观看，可视化效果更好；仪器可实现控制变量定性、定量演示驻波与拉力、密度、弦长、频率等因素的关系，可以在给定条件下先让学生理论分析再进行实验验证，适合启发式教学。
[0034]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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