[发明专利]一种简谐振动的旋转矢量演示仪

说明书

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体地讲，涉及一种简谐振动的旋转矢量演示仪。

背景技术

简谐振动是学习振动和波动学理论的基础，现在简谐振动图线的演示多通过单摆和弹簧振子的振动来演示，其效果直观简单但单一，现有技术中还可以用旋转矢量法来诠释简谐振动图线，以更全面的对照分析简谐振动的基本振动方程中的振幅、周期、相位等重要参量，但在多年的教学中发现用旋转矢量法诠释简谐振动图线相对抽象学生不易理解，是教学的一个难点，旋转矢量法只是通过图像法来进行展示，没有一种可以直观演示旋转矢量法的装置，此为现有技术的不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简谐振动的旋转矢量演示仪，方便进行简谐振动的实验演示。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种简谐振动的旋转矢量演示仪，包括底板(6)，其特征是：所述底板(6)上固定有立柱(13)、电磁铁(10)、电机控制装置(14)、电磁铁按钮(10a)、立板(9a)和支撑柱(9)，所述立柱(13)上固定有横板(2)的一端，所述横板(2)的另一端固定有弹簧(12)的一端，所述弹簧(12)的另一端固定有圆球一(11)，所述立板(9a)一侧通过连接架固定有电机(4)，所述电机(4)的输出轴上固定有圆盘(3)所述圆盘(3)上固定有横轴(4a)，所述横轴(4a)的端点处固定有圆球二(5)，所述支撑柱(9)上固定有手电筒(8)，所述底板(6)一侧对应所述手电筒(8)光线的位置设置有屏幕(1)。

作为对本技术方案的进一步限定，所述圆球一(11)和圆球二(5)的结构相同。

作为对本技术方案的进一步限定，所述电机控制装置(14)包括控制器，所述控制器通过电机驱动芯片连接所述电机(4)，所述控制器还连接电机按钮(7)和输入键盘。

作为对本技术方案的进一步限定，所述电磁铁按钮(10a)与所述电磁铁(10)和电源电性连接。

作为对本技术方案的进一步限定，所述控制器采用STC89C52单片机，所述电机驱动芯片采用电机驱动芯片L298N。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：在演示简谐振动时，在已知弹簧的劲度系数k和圆球二的质量的前提下，通过公式计算得出电机的角速度，然后将控制系统打开，在按键盘上输入计算出的角速度数值，显示屏显示输入字符，以及控制器接收到输入信号后控制电机驱动芯片L298N驱动电机，然后按下电机按钮，电机打开，电机控制圆盘上的圆球二处于最低端，关闭电机，按下电磁铁按钮，电磁铁通电，吸引弹簧上的圆球一，使圆球一在最低端，弹簧上的圆球一和圆盘上的圆球二在最低端的位置在同一高度，即圆球一和圆球二的起始位置相同，打开手电筒，然后重新打开电机按钮，关闭电磁铁按钮，电磁铁断电，弹簧上的圆球一从最大振幅处在弹簧弹性力的作用下开始振动，同时，电机转动，电机转动的角速度其中k为弹簧的劲度系数，m为圆球二的质量，在手电筒的光照的照射下，屏幕上会显示出转动的圆球二的投影和弹簧上圆球一的振动投影，两个圆球的运动情况完全一致，说明转动圆球二的旋转在竖直方向上的投影与弹簧上圆球一的简谐振动完全相同。本发明结构新颖，操作简单，可以直观的演示简谐振动是旋转矢量在某一方向上的投影这一原理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的俯视图。

图中：1、屏幕，2、横板，3、圆盘，4、电机，4a、横轴，5、圆球二，6、底板，7、电机按钮，8、手电筒，9、支撑柱，9a、立板，10、电磁铁，10a、电磁铁按钮，11、圆球一，12、弹簧，13、立柱，14、电机控制装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1-图3所示，本发明包括底板6，所述底板6上固定有立柱13、电磁铁10、电机控制装置14、电磁铁按钮10a、立板9a和支撑柱9，所述立柱13上固定有横板2的一端，所述横板2的另一端固定有弹簧12的一端，所述弹簧12的另一端固定有圆球一11，所述立板9a一侧通过连接架固定有电机4，所述电机4的输出轴上固定有圆盘3所述圆盘3上固定有横轴4a，所述横轴4a的端点处固定有圆球二5，所述支撑柱9上固定有手电筒8，所述底板6一侧对应所述手电筒8光线的位置设置有屏幕1。

所述圆球一11和圆球二5的结构相同。