[实用新型]一种简谐运动演示装置

说明书

一种简谐运动演示装置。包括光电门测速器、电机、门型支架、调速器、升降杆、激光摆、光电门、木板、导轨，将单摆设计为激光摆，通过激光照射匀速直线运动的热敏纸上，清楚留下单摆作简谐运动的轨迹，同时，在木板上安装有遮光板，在导轨的条形板上，垂直安装有光电门，遮光板经过光电门，光电门测速器直接计算出木板的运动速度，准确验证简谐运动的振动周期公式。

技术领域

本实用新型涉及一种物理实验演示装置，尤其是能使单摆摆动稳定，清楚准确验证单摆的简谐运动。

背景技术

单摆是高中物理机械振动部分的重要内容，其中，周期公式的分析为教学过程中的重点和难点。目前，简谐运动的演示，采用传统的“沙漏摆”的形式。这种“沙漏摆”，会随着时间的推移，沙漏摆的质量会不断减少；而且，沙漏摆下的纸板要求作匀速直线运动，一般情况，用手拖动纸板，很难保证纸板作匀速直线运动。通常，沙漏摆在纸板上所形成的图形，不够精细，仅适合于定性地演示单摆的简谐运动。但对于高中物理教学，需要通过演示实验，很形象观察单摆简谐运动的图形，还要通过测量数据，验证单摆作简谐运动时，振动周期仅取决于单摆的长度；长度固定，单摆的振动周期是不变的。

简谐运动要求单摆的摆动与纸板的运动方向垂直，且单摆释放时单摆拉线与垂直面的夹角小于5°，单摆的初始速度为0，用手拉起后释放，往往很难控制角度、方向和释放的力度。

发明内容

为了提高单摆释放时的稳定性，本发明提供了一种提高单摆稳定性的方法，该方法是：单摆制作成立方体形状，立方体4侧面分别设计有一挂钩，单摆一侧的竖杆上设置一连续可调的线栓；将单摆拉起，单摆拉线与垂直面的夹角小于5°；用一细线一端固定在激光摆的挂钩上，另一端固定在线栓上，使细线与激光摆的拉线成90°角；通过烧断细线的方式释放单摆。

为了让学生更直观观察单摆简谐运动的运动轨迹，能更准确验证单摆的振动周期，本实用新型提供了一种简谐运动演示装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：简谐运动演示装置包括支架、升降杆、激光摆、气垫导轨、滑块、光电门测速器，其中，支架为左右竖杆和一横杆一体成型，成门型形状，在左右竖杆的上半部分，分别凿有一组卡孔，相对卡孔处在同一水平面；左竖杆的内侧安装一光电门，右竖杆的中部设置一连续可调的线栓；升降杆为一横杆，升降杆的中间位置用一拉线悬挂激光摆，升降杆水平架设在支架的两竖杆间；激光摆为一立方体，激光摆底面安装有激光头，四个侧面分别安装有一挂钩；在支架的正下方垂直于支架面，安放一三角形气垫导轨，气垫导轨通过通气管与气体发生器相连；气垫导轨上安放有一滑块，其中，滑块的底面为与三角形气垫导轨相配的“∧”形，顶面为长方形，滑块的底面和顶面一体成型，滑块顶面靠近光电门侧固定有一遮光板；滑块安放在气垫导轨上，通气时会使滑块顶面保持水平；支架左侧安放一光电门测速器，光电门测速器分别与光电门、激光摆电连接，滑块上的遮光板经过光电门，光电门测速器能测算出滑块的运动速度；光电门测速器控制激光摆的开启和关闭。

所述的支架每根竖杆的卡孔数目为3-6个。

使用时，通过不同位置的卡孔，调整升降杆的高度，使激光垂直照射在滑块顶面的热敏纸上能产生清晰印迹；用一个细线一端栓到激光摆侧边的挂钩上，另一端系到右竖杆的线栓上，使细线与拉线成90°角，且激光摆偏角小于5°；在滑块的顶面固定一张热敏纸，要求热敏纸平整；开启光电门和光电门测速器，开启激光照射；启动气体发生器，为气垫导轨送气；烧断与线栓相连的细线，使激光摆平稳地在竖杆间作简谐运动；轻轻敲击滑块一侧中部，使滑块在气垫导轨上慢慢匀速运动。

激光照射在热敏纸上，留下激光摆作简谐运动的运动轨迹，同时滑块上遮光板经过光电门，光电门测速器能测算出滑块的运动速度，即在热敏纸上可清晰看到激光摆作简谐运动的正弦曲线，通过滑块的运动速度，计算出实验得出的振动周期；测量拉线的长度，通过单摆振动周期公式，得出周期的理论值；将测量值与理论值比较，验证单摆作简谐振动的周期公式。