[发明专利]弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种物理演示实验装置，特别是一种利用作简谐振动的弹簧振子演示简谐振动正弦曲线合成过程的演示仪器。

背景技术

在物理演示实验装置中，尤其是力学实验装置中，经常要演示物体作简谐振动的振动过程和振动曲线。简谐振动作为最基本的振动,许多实际的周期振动虽然不是简谐振动却可以看作多个简谐振动合成的结果。因此，熟悉简谐振动的规律，研究简谐振动的合成对理解机械振动、光波和声波的干涉和衍射等现象都有着重要意义。演示物体作简谐振动的演示仪器较多，在高中物理旧教材中最为常见的简谐振动演示仪器便是沙摆。新教材则采用水平弹簧振子替代以前的砂摆演示简谐运动的图像，但目前的水平弹簧振子简谐运动演示仪存在着诸多不足：①描绘图像的笔与板不稳定，明显不是匀速运动；②用笔来描图多少有摩擦，实现不了等幅性；③画出的图像不规范，演示效果差。专利号为200420079765所设计的简谐振动实验仪是将振子球固定于气垫滑块上，记录笔旋固于振子球下部，利用气垫来减少滑块与导轨的摩擦，将振子球的振动看着简谐振动，但这样设计滑块和导轨之间，记录笔与记录纸之间仍然有摩擦存在，实现不了等幅性。 在《实验教学与仪器》1997年9期 “描绘简谐振动图像的火花描迹法” 一文中作者的方法是用细线将水平弹簧振子吊起来，激光描迹笔固定在水平弹簧振子上，用钳子拖动记录纸移动，通过火花放电在记录纸上描绘出简谐振动运动图像。这种设计克服了描迹笔和记录纸之间的摩擦，用细线把水平弹簧振子吊起来克服了水平方向的摩擦，但却改变了水平弹簧振子的运动规律，记录纸移动也不是匀速的所以这种设计也存在不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一个能克服公知技术缺点，结构简单，使用方便，操作性强，演示效果好，设计巧妙，结构新颖的弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪。

为实现上述目的，本发明的方案为：弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪，有一水平底座，一带横梁的框式竖直导向柱固定在底座上，一根振子弹簧的一端固定在横梁的中间位置，下垂的另一端固定有一金属小球，金属小球向后的一个方向表面设有与振子弹簧中心线垂直的火花电极针，两侧向各伸出一杆与立柱内面的凹槽配合，为金属小球的上下运动导向，相对于火花电极针的前方设有一竖直立板，立板上安装一石墨电极纸，一个由走纸机构牵引的记录纸铺设在石墨电极纸的表面，一个火花打点器的一个电极接火花电极针，另一电极接石墨电极纸。

其它的方案为：所述的走纸机构由走纸圆筒组成，走纸圆筒各与一根固定在底座上的卷轴活动配合，其中一个卷轴与一个动力装置相连，走纸圆筒上缠绕有记录纸卷。

下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。

附图说明

附图1为弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪；

附图2为金属小球俯视图。

附图标注说明：1电火花打点器，2电机调速器，3仪器底座，4调速电机，5立板，6导向柱，7石墨电极纸，8卷筒纸支撑架，9底座胶垫，10金属小球，11导向杆，12电极针，13弹簧，14塑料横梁，15电极接线柱，16电极夹，17走纸圆筒，18 A4卷纸，19正弦曲线，20电极线。

具体实施方式

图1弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪，所述的演示仪器有一底座3，底座中心线的前方对称安装了两根竖直导向柱6，在竖直导向柱的上方安装了一根塑料横梁14。在塑料横梁的中心位置悬挂振子弹簧13，振子弹簧下端连有一个金属小球10，在金属小球的左右两边对称安装导向杆11，导向杆伸进两根竖直导向柱的导向槽中，通过导向杆的导向保证金属小球上下振动时不发生扭转。另外在金属小球的前方安装电火花电极针12，如图2所示，电极针通过电极接线柱15，电极线20与电火花打点器的红色电极连通。在电极针的正前方安装一竖直立板5，立板上固定安装石墨电极纸7，石墨电极纸通过电极夹16，电极线20与电火花打点器的黑色电极连通。在立板左侧后方安装调速电机4，走纸圆筒17安装在调速电机的轴上。在立板右侧后方将卷筒纸支撑架8安装固定在仪器底座上。A4卷纸套在右侧卷筒纸支撑架上，左侧卡在走纸圆筒上，铺设在石墨电极纸表面，演示时先让弹簧振子振动起来，然后接通电火花打点器和调速电机，通过火花放电就可在A4卷纸上打出简谐振动正弦曲线，调节电机转速可以调节正弦曲线的疏密，改变弹簧振子的释放位置可改变正弦曲线的幅度。通过电火花打点得到弹簧振子简谐振动正弦曲线非常清晰，在描迹纸上描出的曲线可从仪器上取下来近距离向学生展示，演示效果非常好。

上述装置具有以下优点：

第一，仪器结构紧凑，设计新颖，演示效果好，图像清晰。