[发明专利]共振现象的演示方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理教学中关于声学的实验装置，特别是涉及有关物理教学中声学部分的有关共振现象的实验方法及装置。

背景技术

有关物理教学中声学的共振现象，教学中都曾有举例：如1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的振动而塌毁，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3；又如上世纪中叶，法国昂热市附近一座长102米的桥，因一队士兵在桥上齐步走，引起桥梁坍塌，死亡226人。这些都因为外力所产生的振动所形成的策动频率与桥的固有频率相同时发生共振所致，说明共振现象和人类是息息相关的。为了使学生能掌握声学中共振现象的科学原理，学校物理实验室采用了一些实验装置来加以证明共振现象，如：一种由弹簧悬挂振子组成的共振现象演示仪：弹簧的上端连接有摇把的曲柄，下端悬挂重物振子，先把振子向下拉、放手、又弹回、又向下……作自由振动，记录它的振动频率，然后转动摇把，再观察振子的振动频率，这两个振动频率是不同的，前一个振动是由弹簧振子本身的性质决定，得出的是振子的固有频率；后一振动由外来驱动力决定，得到的是驱动力频率。当以不同的转速转动摇把，直到该外来驱动力的转动频率接近弹簧振子的固有频率时，振子的振幅逐渐增大；当驱动力频率等于振子固有频率时，振子的振幅最大，显示共振现象。总之，现有技术的共振现象演示仪相对来说都较为繁复，操作上也不够简便，演示结论也不够简明、扼要，不可能做到在课堂上每个学生人手一个演示装置，对人人亲自动手做实验来加深对课文的理解有一定的局限。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提出了一种简便的共振现象演示方法及装置的技术方案，设计一种结构简单、制作容易、操作方便、效果明显的共振现象演示装置是本发明的目的所在。本发明的技术方案是通过如下的技术措施来具体实现的，一种共振现象演示方法，其特征在于它是由若干个材质相同、截面积相同、长短不一的振动片(或振动条)和一个振动座组成一件共振现象演示仪，其中：若干个长短不一的振动片或振动条的一端对齐，依次并列固定在振动座上，所述的振动片(条)的材质性能必须具有一定刚性，在无外力碰撞时是挺直的，稍受外力碰撞会弯曲，外力一旦消失即恢复挺直，一般可选用薄塑料片、薄金属片、卡纸、细塑料棒、细金属棒等轻型材料。振动座的材质任意不限定，与振动片(条)的固定方法可以采用夹紧、粘结、焊接、铆接。演示过程中只要用手捏住振动座下方，沿所有并列的振动片(条)组成的平面的垂直方向两边摆动，当摆动频率较低时，振动座上的较长的振动片(条)振动得较激烈，当振动座摆动的频率逐渐提高时，振动座上的振动片(条)从长到短的次序会逐渐振动激烈起来，继续提高振动座的摆动频率，相应最短的振动片(条)的振动会最激烈。说明相同材质、相同截面积但不同长度的振动片(条)的固有频率都不同，只有当变化的振动座发出的外来驱动频率与某一长度的振动片(条)的固有频率相等或接近时，就会发生共振现象。一种实现上述共振现象演示方法的装置，其特征在于它是由三个材质相同、截面积相同、长短不一的长振动片1、中振动片2、短振动片3和一个振动座4组成，其中：长振动片1、中振动片2和短振动片3的一端对齐，依次平列固定在振动座4上，所述的振动片是片状的，也可以是细长的条状的，但都必须具有一定刚性，在无外力碰撞时是挺直的，稍受外力碰撞会弯曲，外力一旦消失即恢复挺直，一般可选用薄塑料片、薄金属片、卡纸、细塑料棒、细金属棒等轻型材料。振动座的材质任意不限定，与三个振动片的固定方法可以采用夹紧、粘结、焊接、铆接。演示过程中只要用手捏住振动座4下方，沿三个振动片1、2、3组成的平面的垂直方向两边摆动，当摆动频率较低时，振动座4上的较长的振动片1振动得较激烈，当振动座4摆动的频率逐渐提高时，振动座4上的振动片2会逐渐振动激烈起来，继续提高振动座4的摆动频率，相应最短的振动片3的振动会最激烈。说明相同材质、相同截面积但不同长度的振动片(条)的固有频率都不同，只有当变化的振动座4发出的外来驱动频率与某一长度的振动片(条)的固有频率相等或接近时，就会发生共振现象。

本发明的积极效果在于把声学的共振现象的演示简化了。运用一些简单的材料，简便的制作方法，即可制成一架实验效果很明显的、很直观的共振现象演示装置。对提高学生实验动手能力，加深对科学原理的理解都有好处。

附图说明

附图：本发明共振现象演示装置结构示意图。

附图中各图例标记各表示如下的意思：

1----长振动片；2----中振动片；3----短振动片；4----振动座。

具体实施方式