[实用新型]描述简谐运动轨迹的实验设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验装置，具体说是一种描述简谐运动轨迹的实验设备。

技术背景

人教课标版选修3-4物理教材简谐运动一节中，设计了二个“做一做”实验，一个是用数码相机和计算机绘制竖直方向上弹簧振子的运动图象，另一个是用传感器和计算机描绘气垫导轨在水平方向上做简谐运动的图象。这两个实验应用计算机对实验数据进行处理，数据分析可靠，精确度较高，极大地丰富了实验的手段，提高了实验可信度。然而，在实验中发现由于竖直方向的弹簧振子在振动过程中不停旋转，导致用数码相机和计算机绘制出的运动图象偏差较大；同时在广大农村特别是边远地区学校中，由于缺少气垫导轨和位移传感器，第二个实验根本无法完成；而实验室中仅有水平弹簧振子在振动时与滑杆间摩擦太大，振动不了几下就停止下来，给学生的印象不够深刻。即使在条件相对优越的城市中学中，具体进行实验操作时，用上述器材也无法实时描绘出弹簧振子运动的轨迹图；采用摄像机或数码相机照相后再输入计算机进行数据处理的办法，总给学生一种不够真实贴切的感觉，不少学生在实验后仍然对计算机处理的图象存在一定疑问。为解决上述实验中存在的问题，尽量使学生在初次接触简谐运动时，有必要对竖直方向上的弹簧振子进行改进，使之在振动过程中能够直接描绘出弹簧振子在不同时刻运动的轨迹。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够直观、精确的描述简谐运动轨迹的实验设备，能够实时描绘出弹簧振子在不同时刻运动轨迹。

为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型所述的描述简谐运动轨迹的实验设备包括框架、通过弹簧悬吊在框架上的振子，其特征在于：框架上设置有水平方向的滑轨，滑轨上安装有感应画板，感应画板通过传动机构与驱动电机传动连接；所述振子上朝向感应画板的一面固定安装有画笔，振子的两侧设置有挂耳，所述挂耳套装在定位线上，定位线垂直安装在框架上。

所述滑轨包括固定安装在框架上端的上凹槽和固定安装在框架下端的下凹槽，感应画板的上下两端分别安装有滑轮，该滑轮分别安装在上凹槽或下凹槽中。

采用上述技术方案，该描述简谐运动轨迹的实验设备器材简单、制作容易、效果明显，能够直观、精确、实时地描述简谐运动轨迹，解决了长期以来在高中物理实验教学中不能直接画出简谐运动轨迹的实验难题。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的结构示意图。

图2是图1实施例的左视图。

具体实施方式

如附图所示，本实用新型所述的描述简谐运动轨迹的实验设备，包括框架1、通过弹簧2悬吊在框架1上的振子3，框架1采用铝合金型材或者其他材料拼合而成的矩形框架结构，用于支撑其他各部分零件。框架1上设置有水平方向的滑轨4，所述滑轨4包括固定安装在框架1上端的上凹槽和固定安装在框架1下端的下凹槽。在滑轨4上安装有感应画板5，感应画板5的上下两端安装有滑轮9，该滑轮9分别安装在上凹槽或下凹槽中。当然，感应画板5与滑轨4之间也可以采用其他形式的滑轨连接，如燕尾槽连接等等，只要能够支撑感应画板5使其保持垂直并能够在滑轨4上来回移动即可。感应画板5通过传动机构与驱动电机6传动连接，该传动机构可以有能多种形式，如螺纹螺杆连接、皮带连接、链条连接等等，采用螺纹螺杆连接的时候，在感应画板5上固定安装一个螺帽，螺帽中安装螺杆，螺杆的一端通过联轴器连接到驱动电机的输出轴上。采用皮带或者链条连接的时候，需要在感应画板5上安装可转动的皮带轮或者链轮，并通过传动皮带或者链条与安装在驱动电机上的皮带轮或者链轮连接。

所述振子3上朝向感应画板5的一面固定安装有画笔7，画笔7与感应画板5靠近的时候可以在画板上留下印记，可以采用磁性画板配合磁性笔，也可以采用电子感应装置。振子3的两侧设置有挂耳10，该挂耳10可以采用金属圈焊接在振子3的两侧，也可以直接在振子3的两侧钻孔而成。所述挂耳套装在定位线8上，定位线8采用牢固的细铁丝制成。定位线8的上下两段固定在框架1上，使定位线8保持垂直。为了便于调整振子3与感应画板5之间的距离，还可以将定位线8的上端和弹簧2的悬挂点均固定在一块上滑板上，并将该上滑板固定连接在框架1上，这样通过调整上滑板的位置就可以调整振子3与感应画板5之间的距离。至于上滑板在框架1上的位置调整，可以有很多种方法，如长孔螺栓安装法、滑块滑槽安装法等等，在此不一一叙述。当然，调整上滑板位置的时候，应该对应地调整定位线8下端的安装位置，以便使定位线8保持垂直。

实验时，首先调节好振子3与感应画板5间的距离，使之距离适宜：即画笔7既不与感应画板5相接触，又不间隔太远，以恰好能够留下痕迹为宜。然后启动电机，让电动机牵引感应画板5在滑轨4上匀速滑动；将竖直方向的振子3向下拉动一小段距离，然后放手，让其自由振动；伴随着振子3的振动，固定在振子3上的画笔7就在感应画板5上画下清晰的简谐运动轨迹。