專利名稱：單擺振動圖像演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種教學(xué)演示裝置，特別是涉及一種能夠演示單擺振動圖像的裝置。
背景技術(shù)：
在物理教學(xué)中，常常需要用直觀的演示裝置演示抽象的物理概念和現(xiàn)象，借此幫助學(xué)生理解和啟發(fā)學(xué)生思維。如對單擺的振動，現(xiàn)在常用的演示裝置有沙漏演示裝置、電火花記錄單擺振動軌跡的裝置及毛筆記錄單擺振動軌跡的裝置，用這些演示裝置記錄單擺的振動軌跡僅限于粗略定性觀察，無法對振幅、周期等定量測量，存在操作復(fù)雜、受記錄工具干擾大、記錄的振動圖像不客觀的缺點，影響學(xué)生對單擺振動現(xiàn)象的正確理解。ZL02247654.7中國實用新型專利公開了一種單擺振動圖象演示儀，它的底板下安裝有微型電動機，在底板上設(shè)置有活動板，在靠近底板一端，設(shè)置有可折疊、可伸縮的∏型支架，可粗調(diào)擺線長，在∏型支架橫梁中間設(shè)置有水平條形板，其上固定有三個小螺拴，小螺拴上可吊掛一個或兩個擺錘，并可細調(diào)擺線長，底板正側(cè)面安裝有反光鏡，它與現(xiàn)有的演示單擺振動圖象的儀器相比，具有攜帶輕便，價格低廉，擺錘周期可調(diào)，圖象多樣化，并可做出兩個單擺圖像的相位差，給老師演示操作及學(xué)生觀看都帶來極大方便。但是它結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，并且其仍是采用現(xiàn)有的記錄方式，仍不能精確地記錄單擺振動的圖像。另外，現(xiàn)在物理教學(xué)中常用單擺裝置演示共振現(xiàn)象，但是發(fā)現(xiàn)演示的卻不是共振現(xiàn)象而找不出原因，并且用傳統(tǒng)的記錄方法所記錄的圖像也不能揭示其真正的振動規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種對單擺振動無干擾并能精確記錄單擺振動圖像的演示裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種單擺振動圖像演示裝置，包括演示支架，演示支架由底座和裝在底座上的左右立柱組成，在左右立柱上部裝有攝像頭，攝像頭下方的立柱上設(shè)有水平橫線，在水平橫線上栓有擺線，擺線下端系有單擺小球，攝像頭通過傳輸線與計算機的數(shù)據(jù)傳輸接口連接。
所述的攝像頭裝在固定在立柱上的橫板上。
所述的擺線有兩條，每條擺線上均系有單擺小球。
本實用新型采用攝像頭捕捉單擺小球每一時刻的振動位置并把視頻信號傳輸至計算機，由計算機對視頻信號進行轉(zhuǎn)換處理，描點形成振動圖像，由于不采用傳統(tǒng)的記錄方法記錄振動圖像，因此對單擺振動無干擾，所記錄的振動圖像精確地反映了單擺的振動規(guī)律，并能進行振幅、周期等的精確測量分析，使學(xué)生對單擺振動形成正確理解，有助于學(xué)生養(yǎng)成嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)。用兩個單擺小球做振動實驗時，還能記錄分析單擺小球之間相互影響的振動規(guī)律。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，同時也便于操作。


圖1是本實用新型只有一個單擺小球的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是只有一個單擺小球時的振動圖像；圖4是本實用新型有兩個單擺小球的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是有兩個單擺小球時的振動圖像。
具體實施方式
如圖1、2所示，振動圖像演示裝置的演示支架由底座1和裝在底座上的左右立柱2組成，在左右立柱2上部裝有橫板3，橫板3上裝有攝像頭4，攝像頭4下方的立柱2上設(shè)有水平橫線5，在水平橫線5上栓有一根擺線6，擺線下端系有一個單擺小球7，攝像頭4通過傳輸線8與計算機PC的數(shù)據(jù)傳輸接口連接。
只有一個單擺小球時，本演示裝置演示的是單擺的振動，攝像頭4捕捉單擺小球7每一時刻的振動位置并把視頻信號傳輸至計算機PC中，由計算機內(nèi)的處理程序?qū)σ曨l信號進行轉(zhuǎn)換處理，描點形成振動圖像。所形成的圖像如圖3所示。
如圖4所示，是在水平橫線5上栓有兩根擺線6，每根擺線下端均系有單擺小球7。
演示時，先取兩個單擺小球的質(zhì)量相等并先讓一個單擺小球起振，發(fā)現(xiàn)先起振的小球達到一定振幅時，另外一個單擺小球開始起振，當先起振的小球振幅為零時，后起振的小球振幅最大，之后依次交替。最終發(fā)現(xiàn)這種兩個單擺小球之間的振動合成不是共振現(xiàn)象，而是一種振幅大小呈周期性變化的振動即拍。在振動過程中，攝像頭4捕捉每個單擺小球7每一時刻的振動位置并把視頻信號傳輸至計算機PC中，由計算機內(nèi)的處理程序?qū)σ曨l信號進行轉(zhuǎn)換處理，描點形成振動圖像，所形成的圖像如圖5所示。通過本裝置的演示記錄分析，才發(fā)現(xiàn)原來高中物理課本中采用單擺裝置演示共振現(xiàn)象不成功的原因，否定了單擺小球之間的“共振”做為共振現(xiàn)象演示的實驗基礎(chǔ)，為高中物理課本新教材已刪去該節(jié)的原因提供了實驗支持。
經(jīng)過實驗還發(fā)現(xiàn)，若兩個單擺小球的質(zhì)量不相等，其振幅也會交替變化，但起振小球卻永遠不會達到振幅為零。其振動圖像不再提供。
權(quán)利要求1.一種單擺振動圖像演示裝置，包括演示支架，其特征在于，演示支架由底座和裝在底座上的左右立柱組成，在左右立柱上部裝有攝像頭，攝像頭下方的立柱上設(shè)有水平橫線，在水平橫線上栓有擺線，擺線下端系有單擺小球，攝像頭通過傳輸線與計算機的數(shù)據(jù)傳輸接口連接。
2.如權(quán)利要求1所述的演示裝置，其特征在于，所述的攝像頭裝在固定在立柱上的橫板上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的演示裝置，其特征在于，所述的擺線有兩條，每條擺線上均系有單擺小球。
專利摘要本實用新型涉及一種單擺振動圖像演示裝置，包括演示支架，演示支架由底座和裝在底座上的左右立柱組成，在左右立柱上部裝有攝像頭，攝像頭下方的立柱上設(shè)有水平橫線，在水平橫線上栓有擺線，擺線下端系有單擺小球，攝像頭通過傳輸線與計算機的數(shù)據(jù)傳輸接口連接。本實用新型對單擺振動無干擾，所記錄的振動圖像精確地反映了單擺的振動規(guī)律，并能進行振幅、周期等的精確測量分析，使學(xué)生對單擺振動形成正確理解，有助于學(xué)生養(yǎng)成嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)。用兩個單擺小球做振動實驗時，還能記錄分析單擺小球之間相互影響的振動規(guī)律。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，同時也便于操作。
文檔編號G09B23/00GK2694400SQ20042001044
公開日2005年4月20日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者司源, 陳克斌 申請人:司源, 陳克斌