[發(fā)明專(zhuān)利]一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)演示裝置及提高單擺穩(wěn)定性的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810081040.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110097810A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉帆;尹勝;施振剛;劉瓊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 懷化學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G09B23/10
• 分類(lèi)號(hào): G09B23/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)演示裝置及提高單擺穩(wěn)定性的方法。包括支架、升降桿、激光擺、氣墊導(dǎo)軌、滑塊、光電門(mén)測(cè)速器，將單擺設(shè)計(jì)為激光擺，通過(guò)激光照射勻速直線運(yùn)動(dòng)的熱敏紙上，清楚留下單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的軌跡，將熱敏紙固定在氣墊導(dǎo)軌的滑塊上，忽略空氣阻力，滑塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)；在激光擺的側(cè)面設(shè)置掛鉤，在豎桿上設(shè)置線栓，通過(guò)燒斷的方式，可提高激光擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，在滑塊頂面上安裝有遮光板，在左豎桿上，安裝有光電門(mén)，遮光板經(jīng)過(guò)光電門(mén)，光電門(mén)測(cè)速器直接計(jì)算出滑塊的運(yùn)動(dòng)速度，準(zhǔn)確驗(yàn)證簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)周期公式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種物理實(shí)驗(yàn)演示裝置，尤其是能使單擺擺動(dòng)穩(wěn)定，清楚準(zhǔn)確驗(yàn)證單擺的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

背景技術(shù)

單擺是高中物理機(jī)械振動(dòng)部分的重要內(nèi)容，其中，周期公式的分析為教學(xué)過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的演示，采用傳統(tǒng)的“沙漏擺”的形式。這種“沙漏擺”，會(huì)隨著時(shí)間的推移，沙漏擺的質(zhì)量會(huì)不斷減少；而且，沙漏擺下的紙板要求作勻速直線運(yùn)動(dòng)，一般情況，用手拖動(dòng)紙板，很難保證紙板作勻速直線運(yùn)動(dòng)。通常，沙漏擺在紙板上所形成的圖形，不夠精細(xì)，僅適合于定性地演示單擺的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。但對(duì)于高中物理教學(xué)，需要通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，很形象觀察單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖形，還要通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，振動(dòng)周期僅取決于單擺的長(zhǎng)度；長(zhǎng)度固定，單擺的振動(dòng)周期是不變的。

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)要求單擺的擺動(dòng)與紙板的運(yùn)動(dòng)方向垂直，且單擺釋放時(shí)單擺拉線與垂直面的夾角小于5°，單擺的初始速度為0，用手拉起后釋放，往往很難控制角度、方向和釋放的力度，導(dǎo)致單擺擺動(dòng)不規(guī)范，不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高單擺釋放時(shí)的穩(wěn)定性，本發(fā)明提供了一種提高單擺穩(wěn)定性的方法，該方法是：?jiǎn)螖[制作成立方體形狀，立方體4側(cè)面分別設(shè)計(jì)有一掛鉤，單擺一側(cè)的豎桿上設(shè)置一連續(xù)可調(diào)的線栓；將單擺拉起，單擺拉線與垂直面的夾角小于5°；用一細(xì)線一端固定在激光擺的掛鉤上，另一端固定在線栓上，使細(xì)線與激光擺的拉線成90°角；通過(guò)燒斷細(xì)線的方式釋放單擺。

為了讓學(xué)生更直觀觀察單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，能更準(zhǔn)確驗(yàn)證單擺的振動(dòng)周期，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)演示裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)演示裝置包括支架、升降桿、激光擺、氣墊導(dǎo)軌、滑塊、光電門(mén)測(cè)速器，其中，支架為左右豎桿和一橫桿一體成型，成門(mén)型形狀，在左右豎桿的上半部分，分別鑿有一組卡孔，相對(duì)卡孔處在同一水平面；左豎桿的內(nèi)側(cè)安裝一光電門(mén)，右豎桿的中部設(shè)置一連續(xù)可調(diào)的線栓；升降桿為一橫桿，升降桿的中間位置用一拉線懸掛激光擺，升降桿水平架設(shè)在支架的兩豎桿間；激光擺為一立方體，激光擺底面安裝有激光頭，四個(gè)側(cè)面分別安裝有一掛鉤；在支架的正下方垂直于支架面，安放一三角形氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌通過(guò)通氣管與氣體發(fā)生器相連；氣墊導(dǎo)軌上安放有一滑塊，其中，滑塊的底面為與三角形氣墊導(dǎo)軌相配的“∧”形，頂面為長(zhǎng)方形，滑塊的底面和頂面一體成型，滑塊頂面靠近光電門(mén)側(cè)固定有一遮光板；滑塊安放在氣墊導(dǎo)軌上，通氣時(shí)會(huì)使滑塊頂面保持水平；支架左側(cè)安放一光電門(mén)測(cè)速器，光電門(mén)測(cè)速器分別與光電門(mén)、激光擺電連接，滑塊上的遮光板經(jīng)過(guò)光電門(mén)，光電門(mén)測(cè)速器能測(cè)算出滑塊的運(yùn)動(dòng)速度；光電門(mén)測(cè)速器控制激光擺的開(kāi)啟和關(guān)閉。

所述的支架每根豎桿的卡孔數(shù)目為3-6個(gè)。

使用時(shí)，通過(guò)不同位置的卡孔，調(diào)整升降桿的高度，使激光垂直照射在滑塊頂面的熱敏紙上能產(chǎn)生清晰印跡；用一個(gè)細(xì)線一端栓到激光擺側(cè)邊的掛鉤上，另一端系到右豎桿的線栓上，使細(xì)線與拉線成90°角，且激光擺偏角小于5°；在滑塊的頂面固定一張熱敏紙，要求熱敏紙平整；開(kāi)啟光電門(mén)和光電門(mén)測(cè)速器，開(kāi)啟激光照射；啟動(dòng)氣體發(fā)生器，為氣墊導(dǎo)軌送氣；燒斷與線栓相連的細(xì)線，使激光擺平穩(wěn)地在豎桿間作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；輕輕敲擊滑塊一側(cè)中部，使滑塊在氣墊導(dǎo)軌上慢慢勻速運(yùn)動(dòng)。