[实用新型]一种二维驻波实验演示装置

说明书

本实用新型涉及物理教学演示教具技术领域，具体涉及一种二维驻波实验演示装置，包括策动力发生器、圆形薄板、石英砂、其特征在于所述的圆形薄板水平放置且底部中心粘贴所述的策动力发生器，所述的策动力发生器振动方向为竖直方向，石英砂均匀铺设于所述圆形薄板上表面形成层状结构，具有结构简单，易于实验展示等优点。

技术领域

本实用新型涉及物理教学演示教具技术领域，具体涉及一种实验演示装置。

背景技术

驻波是大学物理中的重点和难点，常见的驻波有一维驻波、二维驻波。前者是课程的重点，不仅要做定量计算，还要做定性演示，而后者由于数学知识等限制，一般只做实验演示或视频演示。国内有学者从理论上做了一些计算，也进行了适当实验研究，但是对于振源与支撑点在圆心重合的情况，未进行更多的计算和实验测量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种二维驻波实验演示装置，解决现有技术中的装置结构复杂、现场展示性不强的技术问题。

一种二维驻波实验演示装置，包括策动力发生器、圆形薄板、石英砂、其特征在于所述的圆形薄板水平放置且底部中心粘贴所述的策动力发生器，所述的策动力发生器振动方向为竖直方向，石英砂均匀铺设于所述圆形薄板上表面形成层状结构。

优选的：上述策动力发生器由低频信号发生器和与其连接的压电陶瓷片组成，压电陶瓷片粘贴于圆形薄板底部中心。压电陶瓷可选用压电陶瓷蜂鸣片，在演示时接通低频信号发生器电源，调整输出幅度与频率，随着信号频率的变化，可以找到一系列形成驻波时的频率；关掉低频信号发生器，测量共振时(形成驻波)每个频率对应的一系列驻波波节的直径，此时驻波波节的分布图像即克拉尼图形。

上述技术方案中：还包括支架，固定于支架上用于拍摄二维驻波图样的CCD相机。CCD相机获取的二维驻波图样输入到计算机中，可以通过CCD图像与实际尺寸的比例关系，直接从CCD相机获取的图像中求出不同的驻波波节的直径。

技术方案以圆形薄板中心为支撑点，将策动力发生器设置于圆形薄板底部中心点并固定，通过改变策动力频率，实现了不同频率下，不同驻波波形及波长的演示与测量，配合CCD相机及图像处理技术实现了不同频率下二维驻波展示与定量测量。

附图说明

图1：二维驻波实验演示装置示意图；

图2：频率为3500Hz时形成二维驻波时的石英砂分布图；

图3：频率为3500Hz时形成的三维数值模拟图；

图4：频率为3500Hz时形成的二维数值模拟图。

其中1为圆形薄板，2为策动力发生器，3为层状结构，4为CCD相机，5为支架，6为水平底座，7为底部中心，8为低频信号发生器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本新型作进一步描述：

实施例：一种二维驻波实验演示装置，如图1所示，包括水平底座6、圆形薄板1、固定于水平底座的策动力发生器2、放置于水平底座上的支架5、固定在支架5上的CCD相机4、铺设于所述圆形薄板1上表面的的石英砂、其中所述的圆形薄板水平放置且底部中心7粘贴所述的策动力发生器，所述的策动力发生器振动方向为竖直方向，石英砂均匀铺设于所述圆形薄板上表面形成层状结构3。

优选的策动力发生器2由压电陶瓷片和低频信号发生器8组成，压电陶瓷片粘贴于圆形薄板底部中心。

上述的圆形薄板可选用一块水平放置的均质、均厚度的圆形钢薄板，令振源与支撑点重合于圆心，其厚度为2h(h为半厚度，且很小)，半径为a。借助信号发生器使钢板以频率f，垂直板面沿竖直方向做简谐振动。将压电陶瓷片简化为点波源，则可求解薄板振动方程的简正模式及薄板发生共振时驻波波节的位置和半径。