[发明专利]两维驻波演示装置

说明书

本发明是一种演示两维机械波的物理教具。它由驻波信号发生器(两路信号)，电动式振动器，振动弦和闪频灯等组成。信号发生器产生频率(15-160Hz)，振幅连续可调的正弦电流，去驱动线性振动器使上面的杠杆做简谐振动，带动相连的弦产生驻波。本发明的特征在于振动弦的两端分别与电动振动器相连，杠杆振动方向互相垂直，使弦在垂直面和水平面。产生两维驻波互不干涉，演示波独立传播原理，采用闪频灯照射弦的振动，可以观看到缓慢波动或定格的效果。

因驻波大小不受限制，制作成大型驻波演示实验装置，利用具有特色的闪频电子装置，其可视度大，更加形象直观。演示驻波的特征，能够直观形象地观看到振动弦上的质点的振动情况，缓慢进行的驻波或“定格”效果。此外，互成90度的两维偏振驻波演示，可以非常清晰地演示波动的独立性传播原理，从上面和侧面看来，都是标准的驻波振动，但从其他角度观看，合成后振动相当复杂，特别是两维驻波数目不同时，闪频效果也更加奇妙。当观察振动弦上的单独一个振子时，会看到波的合成(理萨域图形)。

目的：

作为物理教具演示两维驻波、驻波的原理和特征，波的独立性传播原理，以及演示波的合成(理萨域图形)，可供多人同时观看。内容：

本发明是一种演示两维驻波的物理教具，主要由驻波信号发生器(两路信号)、电动式振动器、振动弦和闪频射灯等组成。其中驻波信号发生器(图1)的原理是利用惠斯顿电桥电路产生正弦电流，再用两个功率放，输出大功率电流。通过调节旋钮，可以分别调节频率和振幅的大小。再其接线口处(图2)接上电动式振动器(图4)，这样可将电能转变为动能，从而带动振动弦形成驻波。这里巧妙利用了扬声器的一些特点，在扬声器上固定一根震动杠杆，通过扬声器的震动，带动杠杆做简谐振动，从而带动振动弦形成驻波。在弦两端分别固定两个振动方向垂直的电动式振动器，这样便形成了二维驻波，其中一路波为竖直方向，另一路为水平方向。当从上往下看时，是一种波形，当从侧面看时，是另一种波形，两路波形互不干扰，从与水平45°角看时，则是复杂的波形。此时接通闪频射灯(图3)。若将开关拨为下挡，则为闪频灯，调节闪频灯的频率，当等于驻波频率时，振动弦的波动就会被“定格”而静止不动；当闪频灯的频率略高或略低于驻波频率时，就会看到振动弦缓慢波动的效果。若将开关拨为上挡，则为射情况：制作一个支架将驻波振荡器固定，取代铁架台的临时固定。用一面镜子装在支架上，通过调节镜子的位置使观看演示的同学可以不动位置，就可同时看到两种波形。制作好背景(黑色)，与弦形成对比，使波形清晰可见。再弦上标上刻度，这样便于观察和调节。优点：

目前只有普通的驻波演示实验装置，并且多数学校在上物理课时都不能演示驻波，一些老师只是用绳子抖动形成波，很费劲而且很难成功。然而两维驻波演示装置，能解决这些难题。

利用电子装置产生频率可调的驻波信号和电子闪频，相互配合，演示出完美的驻波、闪频效果；通过两路振动，在振动弦上形成两维驻波，演示波的独立性传播原理；演示波的合成。

本发明演示效果极佳(图5)，可将抽象的理论化的物理知识，转化为形象的直观的现象。使同学便于理解。

本发明驻波信号发生器应用的电路图为惠斯顿电桥电路(图6)。