[發(fā)明專利]激光標識簡諧運動演示裝置及其方法

在審

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• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN106997707A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 馮愛新;賈天代;張津超;陳歡;趙瑩;劉勇;程好;楊海華
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G09B23/08
• 分類號: G09B23/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 王玉國

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于實驗教學的用具，尤其涉及一種激光標識簡諧運動演示裝置及其方法，屬于教學設備技術領域。

背景技術

目前，為了演示簡諧運動，傳統(tǒng)的實驗裝置采用“沙漏擺”的形式。隨著時間的進行，沙子不斷的減少，使得沙漏的質量不斷的減輕，嚴格意義上屬于變量，違背了實驗中擺動物體質量不變的原則，即，質量改變將會引起沙漏重心的移動，從而引起擺長改變，這是引起實驗圖像不精確的重要因素。

而且，為了模擬紙板的勻速運動，傳統(tǒng)的實驗裝置中大多采用手動拖動紙板。采用這種方式很難保證紙板的勻速運動，從而影響了實驗演示圖像的精度。更重要地，沙漏擺是利用沙流展示簡諧運動的曲線，該“沙流曲線”不利于進行進一步的定性、定量的研究。而且不利于實驗環(huán)境的整潔衛(wèi)生。

為了使實驗簡單、精確，保證演示的效果精確、美觀，便于對演示圖像深入的研究，也確保實驗場所整潔，衛(wèi)生。需要對實驗裝置進行全面的改進。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種激光標識簡諧運動演示裝置及其方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：

激光標識簡諧運動演示裝置，特點是：包括用于發(fā)射激光束的激光組件、支撐架、橫桿、紙夾、實驗紙、卷線筒以及電機，支撐架的上部架設一橫桿，橫桿與支撐架的橫梁垂直相交，激光組件通過繩索吊掛于橫桿下方，繩索的上端與橫桿構成三角形結構，紙夾夾住實驗紙的一端，實驗紙位于激光組件的正下方，紙夾的一側布置電機，電機的轉軸上安裝卷筒，卷筒上的卷線與紙夾相連，可牽引實驗紙運動。

進一步地，上述的激光標識簡諧運動演示裝置，其中，所述激光組件的擺動方向垂直于實驗紙的運動方向。

進一步地，上述的激光標識簡諧運動演示裝置，其中，所述電機與速度調節(jié)單元電性連接。

進一步地，上述的激光標識簡諧運動演示裝置，其中，所述繩索為輕質繩索。

進一步地，上述的激光標識簡諧運動演示裝置，其中，所述裝置的正前方布置有防護罩。

本發(fā)明激光標識簡諧運動演示方法，電機通過轉軸驅動卷筒勻速轉動，從而牽引紙夾直線運動，紙夾夾住實驗紙隨其勻速運動，在實驗紙勻速運動的同時，激光組件沿著垂直于實驗紙勻速運動的方向做往復擺動；激光組件發(fā)射具有能量的激光束，照射在正下方的實驗紙上，使得實驗紙出現(xiàn)燒痕；通過控制實驗紙勻速運動速度，可得到不同形狀的正弦圖像，進而可進一步研究實驗紙的運動速度與圖像形狀的關系。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有顯著的優(yōu)點和有益效果，具體體現(xiàn)在以下方面：

①支撐架上固定有橫桿，橫桿和支撐架的橫梁垂直相交，并且輕質繩索的上端與橫桿構成三角形結構，此結構可以保證激光組件在擺動過程中始終垂直于實驗紙的運動方向；

②電機可以驅動卷筒運轉，從而牽引紙夾直線運動，進而帶動實驗紙張勻速運動；紙夾的主要作用是夾住實驗用的紙張，帶動實驗紙隨之運動，而且方便容易更換紙張；

③激光組件輸出功率3W左右的激光束，可快速而輕易的在實驗紙上劃出燒痕；利用激光束在實驗紙上產生燒痕，由電機帶動實驗紙勻速運動，使得實驗圖像精確美觀，大大提高了實驗效率，更有助于對簡諧運動進行定性定量的深入研究；

④電機與速度調節(jié)單元電性連接，除了可以為實驗裝置提供必需的動力外，還可以通過改變輸出電壓的大小，達到調節(jié)電機速度的目的；通過控制實驗紙勻速運動速度，可得到不同形狀的正弦圖像，進而可進一步研究實驗紙的運動速度與圖像形狀的關系。

附圖說明

圖1：激光標識簡諧運動演示裝置的結構示意圖；

圖2：防護罩的結構示意圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明具體實施方案。

如圖1所示，激光標識簡諧運動演示裝置，包括用于發(fā)射激光束的激光組件40、支撐架20、橫桿21、紙夾50、實驗紙10、卷線筒60以及電機70，支撐架20的上部架設一橫桿21，橫桿21與支撐架的橫梁垂直相交，激光組件40通過繩索30吊掛于橫桿21下方，繩索30的上端與橫桿21構成三角形結構，繩索30為輕質繩索，紙夾50夾住實驗紙10的一端，實驗紙10位于激光組件40的正下方，紙夾50的一側布置電機70，電機70與速度調節(jié)單元80電性連接，電機70的轉軸71上安裝卷筒60，卷筒60上的卷線與紙夾50相連，可牽引實驗紙10運動，激光組件40的擺動方向垂直于實驗紙10的運動方向。