旋轉(zhuǎn)矢量分析演示儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種可以用于演示簡諧振動、并可以用圖形方式顯示簡諧運動振動軌跡的裝置。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)矢量分析演示儀由設(shè)置于底板上的坐標紙、用于帶動坐標紙運動的拉線、用于纏繞拉線的卷軸、A轉(zhuǎn)盤，B轉(zhuǎn)盤、分別固定于A轉(zhuǎn)盤和B轉(zhuǎn)盤上的固定柱、其上設(shè)置有槽孔的固定架、分別與固定架剛性固定的運動臂、分別固定于運動臂上的畫圖筆、分別用于兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)的光電傳感器、用于顯示轉(zhuǎn)數(shù)的光電計時顯示器、用于固定運動臂和的固定環(huán)，以及分別用于驅(qū)動各轉(zhuǎn)盤和卷軸的電機及減速裝置，其中A轉(zhuǎn)盤與B轉(zhuǎn)盤共軸線，且A轉(zhuǎn)盤位于B轉(zhuǎn)盤之上。本發(fā)明可以演示兩個矢量同時轉(zhuǎn)動的運動，進而得到各種不同的振動曲線，例如同振動方向同頻率不同振幅的振動曲線，同振動方向同頻率不同相位角的振動曲線，同振幅不同頻率不同相位角振動曲線等。具有演示直觀、有效、易操作。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)矢量分析演示儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種教學(xué)和實驗使用的演示用具，特別是一種可以用于演示簡諧振動、并可以用圖形方式顯示簡諧運動振動軌跡的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]簡諧振動是學(xué)習(xí)振動和波動學(xué)理論的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在簡諧振動圖線的演示多通過單擺和彈簧振子的振動來演示，其效果直觀簡單但單一。現(xiàn)有技術(shù)中還可以用旋轉(zhuǎn)矢量法來詮釋簡諧振動圖線，以更全面的對照分析簡諧振動的基本振動方程中的振幅、周期、相位等重要參量。但在多年的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)用旋轉(zhuǎn)矢量法詮釋簡諧振動圖線相對抽象學(xué)生不易理解，是教學(xué)的一個難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種可使學(xué)習(xí)者更全面的分析簡諧振動的形成，理解并掌握簡諧振動的特點。
[0004]本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)矢量分析演示儀由設(shè)置于底板上的坐標紙、用于帶動坐標紙運動的拉線、用于纏繞拉線的卷軸、A轉(zhuǎn)盤，B轉(zhuǎn)盤、分別固定于A轉(zhuǎn)盤和B轉(zhuǎn)盤上的固定柱、其上設(shè)置有槽孔的固定架、分別與固定架剛性固定的運動臂、分別固定于運動臂上的畫圖筆、分別用于兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)的光電傳感器、用于顯示轉(zhuǎn)數(shù)的光電計時顯示器、用于固定運動臂和的固定環(huán)，以及分別用于驅(qū)動各轉(zhuǎn)盤和卷軸的電機及減速裝置，其中A轉(zhuǎn)盤與B轉(zhuǎn)盤共軸線，且A轉(zhuǎn)盤位于B轉(zhuǎn)盤之上。
[0005]本發(fā)明的裝置可將矢量的旋轉(zhuǎn)運動分解為兩個矢量在相互垂直的坐標軸上的運動，進而描繪出運動圖線，即得到了簡諧振動的振動圖線。通過光電傳感器和光電計時計數(shù)器可分別顯示出矢量旋轉(zhuǎn)的周期個數(shù)和總時間，進而可以計算出簡諧振動的周期。在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)分析演示儀的兩個半徑不同的同心圓下面設(shè)置有一固定的刻有相位角度的刻度底盤，因此在實驗中可以實時看到矢量振子即轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)動中所在的相位角。裝置可以用于分析簡諧運動的運動特征及規(guī)律，直觀得到振動的振幅、初相位、相位、周期等重要參量。
[0006]本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤B下的底板上還可設(shè)置刻度，這樣就可以實時看到矢量振子即轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)動中所在的相位角。
[0007]本發(fā)明還可以演示兩個矢量同時轉(zhuǎn)動的運動，進而得到各種不同的振動曲線，例如同振動方向同頻率不同振幅的振動曲線，同振動方向同頻率不同相位角的振動曲線，同振幅不同頻率不同相位角振動曲線等。具有演示直觀、有效、易操作。
[0008]【專利附圖】

【附圖說明】
附圖為本發(fā)明裝置的實施例示意圖，其中圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1的仰視圖，圖3為只表示一個盤結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中各標號的部件是:固定架I (其中設(shè)置于A轉(zhuǎn)盤3上的為1A，設(shè)置于B轉(zhuǎn)盤4上的為1B)，固定柱2(其中設(shè)置于A轉(zhuǎn)盤3上的為2A，設(shè)置于B轉(zhuǎn)盤4上的為2B)，A轉(zhuǎn)盤3，B轉(zhuǎn)盤4，固定的刻度底盤5，固定環(huán)6，傳動軸7，擋光片8，A運動臂9，B運動臂10，底板11，坐標紙12，畫圖筆13 (其中設(shè)置于A轉(zhuǎn)盤3上的為13A，設(shè)置于B轉(zhuǎn)盤4上的為13B)，拉線14，卷軸15，A光電傳感器16，B光電傳感器17，光電計時顯示器18。為使圖面清晰起見，在圖上僅標出固定架IA與IB中的一個、固定柱2A和2B中的一個、畫筆中13A和13B中的一個。
【具體實施方式】
[0009]本發(fā)明以下結(jié)合實施例和附圖解說。
[0010]本發(fā)明的實施例是由:設(shè)置于底板11上的坐標紙12、用于帶動坐標紙12運動的拉線14、用于纏繞拉線14的卷軸15、位于上面的A轉(zhuǎn)盤3和位于下面的B轉(zhuǎn)盤4、分別固定于A轉(zhuǎn)盤和B轉(zhuǎn)盤上的固定柱2A和2B、設(shè)置于A轉(zhuǎn)盤3上的其上設(shè)置有槽孔的固定架IA和設(shè)置于B轉(zhuǎn)盤4上的其上設(shè)置有槽孔的固定架1B、分別與固定架IA和IB剛性固定的運動臂9和10、分別固定于運動臂9和10上的畫圖筆13A和13B、分別用于兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)的光電傳感器16和17、用于顯不轉(zhuǎn)數(shù)的光電計時顯不器18、用于固定運動臂9和10的固定環(huán)6，以及分別用于驅(qū)動各轉(zhuǎn)盤和卷軸的電機及減速裝置(這一電機及減速裝置在圖中未表示)構(gòu)成，其中A轉(zhuǎn)盤3與B轉(zhuǎn)盤4共軸線。A轉(zhuǎn)盤3上設(shè)置的固定架IA與A運動臂9剛性固定，設(shè)置于B轉(zhuǎn)盤4上的固定架IB與B運動臂剛性固定。固定柱2A和2B的一端分別固定于A轉(zhuǎn)盤和B轉(zhuǎn)盤，另一端套于固定架IA或IB上所設(shè)置的槽孔內(nèi)。在兩個轉(zhuǎn)盤旁分別設(shè)置有用于轉(zhuǎn)盤計數(shù)的光電傳感器16和17，由光電傳感器16和17所測得的相應(yīng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)通過的光電計時顯示器18顯示。兩個轉(zhuǎn)盤分別用經(jīng)減速裝置減速的電機驅(qū)動。
[0011]在進行實驗演示時,本發(fā)明通過電機帶動卷軸轉(zhuǎn)動使接線在卷軸上纏繞,進而帶動坐標紙向前運動，形成第一個運動矢量，同時通過電機使A轉(zhuǎn)盤3和B轉(zhuǎn)盤4轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)柱2固定在轉(zhuǎn)盤上，且套于固定架的槽孔內(nèi)，又由于固定架上剛性固定有運動臂，且運動臂又被兩個固定環(huán)6所約束，使固定架無法轉(zhuǎn)動，只能為沿其縱向做往復(fù)運動，同時帶動運動臂做往復(fù)運動，使畫筆形成第二個運動矢量，并在坐標紙上繪出振動曲線。實驗中光電計時傳感器可以顯示出矢量旋轉(zhuǎn)的周期個數(shù)和運動的時間，并顯示出來。由此可見，通過本發(fā)明的裝置可在坐標紙上繪制出同振動方向同頻率不同振幅的振動曲線。當(dāng)本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤B下的底板上設(shè)置刻度，還可以實時看到矢量振子即轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)動中所在的相位角。
【權(quán)利要求】
1.旋轉(zhuǎn)矢量分析演示儀，其特征在于由設(shè)置于底板(11)上的坐標紙(12)、用于帶動坐標紙(12)運動的拉線(14)、用于纏繞的拉線(14)的卷軸(15)4轉(zhuǎn)盤(3)3轉(zhuǎn)盤(4)、分別固定于A轉(zhuǎn)盤和B轉(zhuǎn)盤上的固定柱(2A)和(2B)、其上設(shè)置有槽孔的固定架(IA)和(1B)、分別與固定架(IA)和(IB)剛性固定的運動臂(9)和(10)、分別固定于運動臂(9)和(10)上的畫圖筆(13A)和(13B)、分別用于兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)的光電傳感器(16)和(17)、用于顯示轉(zhuǎn)數(shù)的光電計時顯示器(18)、用于固定運動臂(9)和(10)的固定環(huán)(6)，以及分別用于驅(qū)動各轉(zhuǎn)盤和卷軸的電機及減速裝置，其中A轉(zhuǎn)盤(3)與B轉(zhuǎn)盤(4)共軸線，且A轉(zhuǎn)盤(3)位于B轉(zhuǎn)盤(4)之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)矢量分析演示儀，其特征在于在轉(zhuǎn)盤B下的底板上設(shè)置刻度。
【文檔編號】G09B23/10GK103680265SQ201410002724
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月4日
【發(fā)明者】杜世強 申請人:西北民族大學(xué)