简谐运动回复力演示器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型一般涉及一种教学用的实验装置，特别是一种物理教学简谐运动用的回复力演示器。
【背景技术】
[0002]简谐运动是高中物理教学的一个难点，其中回到平衡位置的力即回复力和位移的变化规律是教学中必须把握的关键，仅靠抽象的推演公式学生难以理解，如果能够设计一种演示器来形象直观地展现出简谐运动的全过程，使学生便于全面理解这种简谐运动的周期性特点以及回复力，位移的周期性变化规律。这是从事这门课教学的老师所企盼的。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种这样的装置，所述装置能形象地展示简谐运动过程中所涉及的位移周期性速度变化及回复力周期性变化规律，使受教育者易于接受。
[0004]为实现上述目的，本实用新型的方案为:设计一个矩形盒，在盒的面板上开有三条平行且隔开的水平槽，每一槽内伸出一根支杆，三根支杆平行固定在盒内的一根竖直杆上，竖直杆与一根水平滑杆成T字相连，滑杆的另一端与一个动力装置相连，所述动力装置能使一个弹簧振子模型在平衡位置左右来回振动，演示弹簧振子做简谐运动全过程，所述弹簧振子沿最上一槽的长度方向安装，一端固定在最上一槽伸出的支杆端部，另一端固定在矩形盒的面板上，在余下的两条槽伸出的支杆端部，分别固定有振子位移标志牵引片和回复力F或加速度a标志牵引片，其特征在于:振子位移标志牵引片与一个第一指示箭头相连，其箭尾与平衡位置标识固定，回复力F或加速度a的标志牵引片与一个第二指示箭头的箭尾相连，其箭头与平衡位置标识固定，所述平衡位置标识由一个固定在面板上的支架固定。
[0005]采用上述方案，可以直观地观察出作简谐运动的物体位移的变化，以及回复力F，加速度a的变化过程，深刻理解简谐运动的周期性变化规律，达到良好的教学目的，实现了本实用新型的目的。
[0006]下面结合图示及实施例更具体的说明本实用新型的技术方案。
【附图说明】
[0007]图1为回复力演示器面板的立体图；
[0008]图2为回复力演示器背面立体图；
[0009]图3为图2中动力装置的背视图；
[0010]图4为回复力、位移动态变化右侧运动显示图；
[0011]图5为回复力、位移动态变化左侧运动显示图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，所述的回复力演示器为一个矩形盒，在盒的面板上开有三条平行且隔开的水平槽1，2，3，在最上面的一条槽I上水平设置一条拉伸弹簧4，弹簧一端固定在面板上，另一端固定在第一动片5上，中间的一条槽2设置有处在平衡位置的一块第一指示标志6，所述指示标志与一条第一柔性指示箭头7的箭尾相连，其箭头与一第二动片8相连，最下面的一条槽3有一处在平衡位置的一块第二指示标志9与一条第二柔性指示箭头10的箭头通过一柔性小圈11相连，箭头10的箭尾与一个第三动片12相连，所述的平衡位置指示标志6，9表示弹簧振子4的平衡位置即回复力为零的位置。
[0013]如图2为图1的背视图，图1中用虚线表示的第一动片5，第二动片8，第三动片12分别与一个设置在盒内的竖直杆13伸出的三根平行支杆14相连，竖直杆与一根水平滑杆15固定连接，滑杆15由一个固定在面板背面的导向机构16支持，滑杆15的另一端连有一个动力装置，本实施例的动力装置为一偏心机构，滑杆15的另一端连有给力装置中的一个T型滑槽杆17，滑槽杆与一个圆盘18上的圆销19配合，如图3所示，圆盘18有转动中心，圆销19偏离中心一段距离，所述的圆盘18由支架20支撑，其中心固连有一转动手柄21，转动圆盘时，T型滑槽杆17在圆销19作用下作平动，带动滑杆15左右来回运动，与滑杆15连接的竖直杆13通过支杆14带动三个动片5，8，12来回同步左右移动，第一动片5作为弹簧振子4作简谐运动的动力，第二动片8牵动一个振子位移第一指示箭头7，第三动片12牵动一指示回复力F和加速度a的一个第二指示箭头10，非常形象地表示出弹簧振子作简谐运动时各参数的周期性变化过程。
[0014]图4和图5具体地表示出各箭头的指示过程，图示中，固定在面板上有一悬空支架22，上面固定有一平衡位置指示标志6，9，图4所示的状态是当动片5带动弹簧振子4往右运动时，指示箭头7在动片8的牵引下柔性地逐渐增长，表示振动过程位移逐渐增大，而表示回复力F，及加速度a的箭头10在动片12牵引下柔性伸长，表示回复力及加速度逐渐增大，但力和加速度的方向指向平衡位置。其中箭头7的箭尾通过一个金属钩与指示标志6背后的金属搭扣相连，所述的金属搭扣与第二动片8上固定的金属搭扣23相似，箭头7的箭头通过这样的结构与动片8相连，由动片8牵引移动，相反，箭头10的箭头部分通过一个小圈11与动片9相连，其箭尾通过一搭扣与动片12相连。
[0015]图5所示是表达动片5带动弹簧振子4向左越过平衡位置各参数的变化情况，指示箭头7在动片8的牵引下显示位移发生变化，当动片8正在越过平衡位置时，位移指示箭头7自动改变方向，并继续向左移动，如此，显示了位移的方向始终背离平衡位置，同时由指示箭头10也在动片12牵引下于平衡位置自动改变箭头方向，箭头始终指向平衡位置，表示弹簧作简谐运动时，力和加速度的方向始终指向平衡位置。本演示器通过柔性箭头的伸长或缩短来显示各参数的大小变化，通过箭头于平衡位置处自动转向来显示各参数的方向变化特点。
[0016]本装置有如下功能:
[0017]a、演示弹簧振子做简谐运动的全过程，认识、理解“全振动”概念。
[0018]b、分析简谐运动的位移大小和方向，周期性变化的规律。
[0019]c、分析回复力、加速度大小和方向的周期性变化规律。
[0020]d、分析回复力与位移矢量变化之间的关系。
[0021]e、分析简谐运动的动力学特点:振子远离平衡位置振动时，位移、回复力均增大，作加速度增大的变减速运动，返回平衡位置振动时，位移、回复力均减小，作加速度减小的变加速运动，且回复力与位移的方向始终相反，回复力方向始终指向平衡位置，而位移方向始终背离平衡位置。
【主权项】
1.一种简谐运动回复力演示器，设计一个矩形盒，在盒的面板上开有三条平行且隔开的水平槽(1，2，3)，每一槽内伸出一根支杆，三根支杆(14)平行固定在盒内的一根竖直杆(13)上，竖直杆与一根水平滑杆(15)成T字相连，滑杆的另一端与一个动力装置相连，所述动力装置能使一个弹簧振子(4)模型在平衡位置左右来回振动，演示弹簧振子做简谐运动全过程，所述弹簧振子沿最上一槽的长度方向安装，一端固定在最上一槽伸出的支杆端部，另一端固定在矩形盒的面板上，在余下的两条槽伸出的支杆端部，分别固定有振子位移标志牵引片和回复力F或加速度a标志牵引片，其特征在于:振子位移标志牵引片(8)与一个第一指示箭头(7)相连，其箭尾与平衡位置标识固定，回复力F或加速度a的标志牵引片(12)与一个第二指示箭头(10)的箭尾相连，其箭头与平衡位置标识固定，所述平衡位置标识(6，9)由一个固定在面板上的支架(22)固定。2.根据权利要求1所述的一种简谐运动回复力演示器，其特征在于:动力装置为一偏心机构，滑杆(15)的另一端连有动力装置中的一个T型滑槽杆(17)，滑槽杆与一个圆盘(18)上的圆销(19)配合，圆盘(18)有转动中心，圆销(19)偏离中心一段距离，圆盘(18)由支架(20 )支撑，其中心固连有一转动手柄(21)。3.根据权利要求1所述的一种简谐运动回复力演示器，其特征在于:固定在面板上有一悬空支架(22)，上面固定有一平衡位置标识(6，9)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种简谐运动回复力演示器，设计一个矩形盒，在盒的面板上开有三条平行且隔开的水平槽（1，2，3），每一槽内伸出一根支杆，三根支杆（14）平行固定在盒内的一根竖直杆（13）上，竖直杆与一根水平滑杆（15）成T字相连，滑杆的另一端与一个动力装置相连，所述动力装置能使一个弹簧振子（4）模型在平衡位置左右来回振动，演示弹簧振子做简谐运动全过程，有振子位移标志和回复力F或加速度a标志，该装置能直观地演示简谐运动中位移、回复力F和加速度a的变化过程。
【IPC分类】G09B23/10
【公开号】CN204695643
【申请号】CN201520247174
【发明人】阳思熳
【申请人】阳思熳
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月23日