[发明专利]激光标识简谐运动演示装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于实验教学的用具，尤其涉及一种激光标识简谐运动演示装置及其方法，属于教学设备技术领域。

背景技术

目前，为了演示简谐运动，传统的实验装置采用“沙漏摆”的形式。随着时间的进行，沙子不断的减少，使得沙漏的质量不断的减轻，严格意义上属于变量，违背了实验中摆动物体质量不变的原则，即，质量改变将会引起沙漏重心的移动，从而引起摆长改变，这是引起实验图像不精确的重要因素。

而且，为了模拟纸板的匀速运动，传统的实验装置中大多采用手动拖动纸板。采用这种方式很难保证纸板的匀速运动，从而影响了实验演示图像的精度。更重要地，沙漏摆是利用沙流展示简谐运动的曲线，该“沙流曲线”不利于进行进一步的定性、定量的研究。而且不利于实验环境的整洁卫生。

为了使实验简单、精确，保证演示的效果精确、美观，便于对演示图像深入的研究，也确保实验场所整洁，卫生。需要对实验装置进行全面的改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光标识简谐运动演示装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

激光标识简谐运动演示装置，特点是：包括用于发射激光束的激光组件、支撑架、横杆、纸夹、实验纸、卷线筒以及电机，支撑架的上部架设一横杆，横杆与支撑架的横梁垂直相交，激光组件通过绳索吊挂于横杆下方，绳索的上端与横杆构成三角形结构，纸夹夹住实验纸的一端，实验纸位于激光组件的正下方，纸夹的一侧布置电机，电机的转轴上安装卷筒，卷筒上的卷线与纸夹相连，可牵引实验纸运动。

进一步地，上述的激光标识简谐运动演示装置，其中，所述激光组件的摆动方向垂直于实验纸的运动方向。

进一步地，上述的激光标识简谐运动演示装置，其中，所述电机与速度调节单元电性连接。

进一步地，上述的激光标识简谐运动演示装置，其中，所述绳索为轻质绳索。

进一步地，上述的激光标识简谐运动演示装置，其中，所述装置的正前方布置有防护罩。

本发明激光标识简谐运动演示方法，电机通过转轴驱动卷筒匀速转动，从而牵引纸夹直线运动，纸夹夹住实验纸随其匀速运动，在实验纸匀速运动的同时，激光组件沿着垂直于实验纸匀速运动的方向做往复摆动；激光组件发射具有能量的激光束，照射在正下方的实验纸上，使得实验纸出现烧痕；通过控制实验纸匀速运动速度，可得到不同形状的正弦图像，进而可进一步研究实验纸的运动速度与图像形状的关系。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

①支撑架上固定有横杆，横杆和支撑架的横梁垂直相交，并且轻质绳索的上端与横杆构成三角形结构，此结构可以保证激光组件在摆动过程中始终垂直于实验纸的运动方向；

②电机可以驱动卷筒运转，从而牵引纸夹直线运动，进而带动实验纸张匀速运动；纸夹的主要作用是夹住实验用的纸张，带动实验纸随之运动，而且方便容易更换纸张；

③激光组件输出功率3W左右的激光束，可快速而轻易的在实验纸上划出烧痕；利用激光束在实验纸上产生烧痕，由电机带动实验纸匀速运动，使得实验图像精确美观，大大提高了实验效率，更有助于对简谐运动进行定性定量的深入研究；

④电机与速度调节单元电性连接，除了可以为实验装置提供必需的动力外，还可以通过改变输出电压的大小，达到调节电机速度的目的；通过控制实验纸匀速运动速度，可得到不同形状的正弦图像，进而可进一步研究实验纸的运动速度与图像形状的关系。

附图说明

图1：激光标识简谐运动演示装置的结构示意图；

图2：防护罩的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明具体实施方案。

如图1所示，激光标识简谐运动演示装置，包括用于发射激光束的激光组件40、支撑架20、横杆21、纸夹50、实验纸10、卷线筒60以及电机70，支撑架20的上部架设一横杆21，横杆21与支撑架的横梁垂直相交，激光组件40通过绳索30吊挂于横杆21下方，绳索30的上端与横杆21构成三角形结构，绳索30为轻质绳索，纸夹50夹住实验纸10的一端，实验纸10位于激光组件40的正下方，纸夹50的一侧布置电机70，电机70与速度调节单元80电性连接，电机70的转轴71上安装卷筒60，卷筒60上的卷线与纸夹50相连，可牵引实验纸10运动，激光组件40的摆动方向垂直于实验纸10的运动方向。