[发明专利]弹簧振子振动图像描绘器

说明书

技术领域

 本发明涉及教学实验仪器，尤其涉及一种弹簧振子振动图像描绘器。

背景技术

在中学物理教学中，以弹簧振子作模型，描绘出弹簧振子的振动曲线，根据振动曲线来研究简谐振动的规律、演示弹簧振子运动现象和验证其周期公式等。

最初的测绘振动曲线的方法为：使弹簧振子振动起来，同时实验教师通过手动方式使记录纸前进，通过记录笔在记录纸上绘出振动曲线。

以上描绘振动曲线的方法存在以下不足：人工牵引记录纸前进、不但费力，而且记录纸的前进速度不稳定，致使所描绘出的曲线的准确性差；实验操作烦琐，现有的弹簧振子，还需要另外配备与之相适应的气源、连接气管、接口等，测量振子的振动周期还需使用计时器（如秒表等）。

在中国专利号为ZL2004200797650、授权公告日为2005年10月19日、名称为“弹簧振子简谐振动实验仪”的专利文献中设计出了一种可以克服上述问题的振动图像描绘仪器。该专利中的描绘器包括底座、进纸装置和弹簧振子装置；进纸装置包括设置于底座上的进纸轴承、进纸轴、驱动进纸轴用的电机和设置在进纸轴上的同进纸轴承相配套的驱纸胶轮；弹簧振子装置包括气垫导轨、弹簧、振子球和气泵，弹簧一端连接在气垫导轨左端的支柱上、另一端连接在气垫导轨上的滑块上，振子球固定在滑块上，记录笔旋固于振子球下部，气泵同气垫导轨连接。使用时，使记录纸从气垫导轨的下方穿过后再穿设在驱纸胶轮和进纸轴承之间，马达驱动进纸轴匀速转动，进纸轴驱动进纸胶轮转动，进纸胶轮通过摩擦力带动记录纸前进，弹簧振子产生振动的过程中带动记录笔同步运动，记录笔在记录纸上画出振动曲线。

该专利虽然通过设计气泵和以电机进行驱动的进纸装置解决了上述描绘振动曲线的方法过程中所存在的不足。但是该专利还存在以下不足：用于描绘图像的过程中，记录笔同记录纸之间有接触，记录笔在记录纸上运动的过程中会产生阻力，该阻力会造成记录纸前行不平稳和影响弹簧振子的振动，导致所绘出的曲线不能准确反应出弹簧振子的振动情况，即图像的准确性差；计算振子从一点运行到另一点所耗用的时间（以T表示）时，只能首先测出两点之间沿走纸方向的距离（以S表示），然后根据电机的转速及走纸胶轮的直径推算出走纸胶轮的最外周的线速度（该线速度即为记录纸的前进速度，以V表示），根据公式T=S/v，计算出时间T，但是在测量S时，线条的粗细不同及不同的人读数的差异，导致随机误差较大，另外在使用过程中，进纸胶轮会产生磨损导致直径改变，从而使得V 存在较大的偏差；故通过该振动曲线不能准确地验证相关的物理理论如弹簧振动周期同振子的质量及弹性系数之间的关系。

发明内容

本发明提供了一种能准确地描绘出弹簧振子的振动曲线且能方便准确地获得弹簧振子从一个位置运行到另一个位置时所耗用的时长的弹簧振子振动图像描绘器，解决了现有的实验仪器不能准确地描绘出弹簧振子的振动曲线且不能方便准确地获得弹簧振子从一个位置运行到另一个位置所耗用的时长、导致不能通过实验所得的振动曲线去准确验证相关的物理理论的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种弹簧振子振动图像描绘器，包括机架，气泵，设置在机架上的走纸装置和弹簧振子装置，所述弹簧振子装置包括气垫导轨、位于气垫导轨上的振子滑块和驱动振子滑块振动的振子弹簧，所述气垫导轨通过所述气泵供气，其特征在于，还包括电火花激发热敏纸装置和纸筒支撑架，所述电火花激发热敏纸装置包括高压脉冲装置、放电针和电极板，所述放电针和电极板同所述高压脉冲装置电连接在一起，所述放电针固接在所述振子滑块上，所述电极板同所述机架相固接。使用时，将本发明放置在实验台上且尽量使气垫导轨保持水平，热敏纸筒固定在纸筒支撑架上，热敏纸先从电极板和放电针之间穿过，然后引入到走纸装置上，启动气泵给气垫导轨供气，当振子滑块从气垫导轨上浮起后，沿着气垫导轨的轴向使振子滑动位移一段距离，释放振子滑块，在振子弹簧的作用下，振子滑块在气垫导轨上方作往复运动即振动，当振子滑块振动平稳后，启动走纸装置和高压脉冲装置，走纸装置牵引热敏纸作匀速运动，加在电极板和放电针上的由高压脉冲装置所产生的高压脉冲电击穿空气间隙和热敏纸放电而产生电火花，电火花所释放出的热量使得从电极板和放电针间匀速通过的热敏纸对齐放电针的部位受热而变色，在热敏纸上产生清晰的黑色色斑，这些色斑记录下的就是振子滑块的运动轨迹。热敏纸行进过程中不与放电针接触。