[发明专利]圆偏振弦线驻波演示仪

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种物理实验装置，特别是演示弦线驻波所用的装置。

背景技术

为了演示弦线振动和驻波的形成已有的弦振动测定的装置很多，如中国实用新型专利，专利号为：CN201993212U公开了一种弦振动测定装置，该演示器由电振音叉、弦线、定滑轮、滑轮升降控制架、砝码盘、刻度尺、游标、可动平台、旋钮、平台移动槽、固定平台组成，弦线振动由电振音叉完成。该实验装置结构较为复杂，电振音叉的振动频率调节装置制造成本高，调节不方便。中国实用新型专利，专利号为：CN2738228公开了一种固定均匀弦振动实验装置，该装置由振动源、弦线、换向轮、砝码、标尺和支座组成，振动源由振动头产生、振动头中的环型线圈的相对两臂，分别处在极性相板的磁场中，当环型线圈中通过正弦交流电流时产生正弦振动信号，弦线振动方式和前一种一样都是由电磁力产生，都要用到正弦信号发生器。类似的弦线振动实验装置较多，它们大多数都是通过电磁振荡的方式产生弦线振动信号，其结构都比较复杂，成本较高，不便于老师或学生自己动手制作。

发明内容

本发明的目的在于提供一个能克服公知技术缺点，利用一个直观的装置观察机械波特别是横波和驻波的形成过程，所述装置操作简便，形成驻波稳定，可视性好的一种圆偏振弦线驻波演示仪。

为实现上述目的，本发明的方案为：一种圆偏振弦线驻波演示仪，设置一个矩形底板，底板沿长形方向延伸的两端各固定有一个支撑杆，一根弹性波动绳拉直状态下两端各固定在支撑杆上，底板的一端设置一个可调速电机盒，电机轴的端部固定有一金属圆盘，在圆盘向外的盘面上固定一向外凸出的偏心轴，其端部挖有导向槽，拉直的弹性波动绳与导向槽接触。

其它的方案包括，在矩形底板的一个长边固定一个竖直的后立板，在板面上刻有标尺。

采用上述方案，当可调速电机以不同角速度W转动时，弹性波动绳受到偏心轴的交变驱动力作用，在波动绳产生原波及反射波动，其规律可用一般的振动数学模式描述，在直观上也形象的了解波动的生成，实现了本发明目的。

下面结合图示及具体的实施例对方案作更详细的说明。

附图说明

图1为圆偏振弦线驻波演示仪立体图；

图2为图1中A向视图。

具体实施方式

如图1所示，有一个矩形底板1，矩形板的两端各固定有一支撑杆2，每根支撑杆的上端有一个孔，孔的上端有一压紧螺丝3，一根弹性波动绳4两端分别穿进支撑杆的孔，拉直后由螺丝压紧，在矩形底板的右边设有一调速电机盒5，电机安装在盒内，伸出盒外的电机轴端固定有一金属圆盘6，本实施例为铝盘，铝盘朝外的一面固定有一偏心轴7，所述偏心轴从图2看得更清楚，轴端有一导向槽8，本实施例为凹槽，弹性波动绳与导向槽8的凹槽底部接触，电机轴的轴线与拉直的弹性波动绳在静止状态下垂直且处于同一平面内，当电机旋转时，偏心轴给弹性波动绳一个交替的作用力，由于绳有弹性张力，绳的这一端形成一个波形的起伏，并将波沿绳传到另一端。

在底板1的一个长形边还固定一后立板9，上面刻有标尺10，标示长度，便于观察形成的波的幅长。

在图2的调速电机盒5上还有一个调速开关11，及电源开关12。

本圆偏振弦线驻波演示仪的设计原理为，当电机旋转时，偏心轴因垂直方向的投形作简谐振动来产生周期变化的驱动力，驱动力大小按余弦规律变化，这种周期变化的驱动力作用在弹性波动绳一端，虽然偏心轴是作用在绳上变化的一个点上，但绳上各点都能动起来，形成凹凸相间的波，这种正弦波沿拉紧的弦传播，可用等式（1）

    （1），这是原波，

如果弦的一端被固定，那么当波到达端点时会反射固定，这反射波可表示为：

     （2）

在保证这些波的振幅不超过弦所能承受的最大振幅时，两束波叠加后的波方程为：

  （3）

利用三角公式可求得： 

            （4）

等式的特点：当时间固定为时，弦的形状是振幅为的正弦波形。在位置固定为时，弦作简谐振动，振幅为。因此，当……，振幅达到最大，当……，振幅为零。这种波形叫驻波。