[发明专利]一种基于电磁感应定律的新型共振演示装置

说明书

一种基于电磁感应定律的新型共振演示装置，包括固定支架、弹簧、压力传感器、小车、配重片、条形永磁体、感应线圈、LED发光二极管、信号整流模块、振荡器、振荡器控制模块、电流补偿模块、小型示波器及信号线。本发明通过交流线圈，借助于法拉第电磁感应定律传递机械力，从而实现大学物理实验多种经典振荡模式的展示，如机械共振现象的演示，受迫振动现象的演示，混沌振荡现象的演示等。该装置新颖地建立起机械共振与电磁感应定律知识点的交叉关系，能有效地提高大学物理及实验课程的教学质量。

技术领域

本发明涉及物理演示实验仪器，具体涉及一种基于电磁感应定律的新型共振演示装置。

背景技术

共振现象与受迫振动规律是大学物理中机械振动部分教学的主要内容之一。其中，共振频率的概念及受迫振动振幅与输入频率的变化规律是课程知识点中重点和难点。直观呈现振荡能量转移过程是理解上述现象的关键一环。目前大学物理教学中普遍使用传统的耦合摆实验演示仪来展示共振现象。该演示仪器仅凭肉眼观察摆动情况，无法获得精确的量化结果。且此类仪器功能单一，未结合其它教学知识点，如电磁感应规律等。为帮助学生更深入理解课程知识点的内涵，提高课堂质量，有必要设计新型共振现象演示仪器。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于大学物理教学演示机械共振及受迫振动等实验现象的新型装置。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种基于电磁感应定律的新型共振演示装置，包括：

盒状底座，所述盒状底座包括底板和侧壁，盒状底座的一个侧壁上固定有振动装置；

相对设置的两个小车、两个弹簧，其中一个弹簧的一端与振动装置相连，另一个弹簧的一端固定在盒状底座的另一个侧壁上，两个弹簧的另一端分别与两个小车相连，两个小车相对的一端上分别固定有条形磁体，两个小车可在盒状底部滑动；

盒状底部中央固定有两个内侧相对的竖板，两个竖板外侧上固定有两个对称布置的圆筒，圆筒上各缠绕有一组中空多匝线圈，两组中空多匝线圈通过导线相连后与电流补偿电路构成回路，小车上的两个条形磁铁分别伸入相对的两个圆筒内。

作为进一步优选的技术方案，还包括LED发光二极管，所述LED发光二极管安装在连接两组中空多匝线圈的导线上。

作为进一步优选的技术方案，还包括两个压力传感器、压力信号整流模块，示波器，两个压力传感器分别固定在弹簧与小车之间，压力传感器与压力信号整流模块相连，压力信号整流模块将压力传感器收集的压力信号处理后发送给示波器进行实时显示。

作为进一步优选的技术方案，所述振动装置包括低频直流振荡器和控制低频直流振荡器的步进电动机驱动器。

作为进一步优选的技术方案，所述小车上还具卡槽，卡槽上安装有若干可拆卸配重片。

作为进一步优选的技术方案，所述配重片为长方体铸铁。

作为进一步优选的技术方案，所述长方体铸铁的质量为100g。

作为进一步优选的技术方案，所述底板为木板，所述侧壁和竖板为透明有机玻璃。

作为进一步优选的技术方案，所述条形永磁体为钕铁硼强磁铁，长度为15cm，圆形截面直径约为5.0cm，单个磁铁磁场强度为800mT。

作为进一步优选的技术方案，所述中空多匝线圈的匝数为3000匝，线圈的长度20cm，线圈的圆形截面直径为5.5cm

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的装置可自动实现机械共振及受迫振动现象的演示，并能把振动信号的时间变化曲线通过液晶屏幕显示出来；