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基本信息
- 項目名稱：
- 一種新型弦線駐波演示的方法
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 設(shè)計發(fā)明一種新型弦線駐波演示的方法，利用火車傳動軸的原理，將電動機轉(zhuǎn)動時的圓運動轉(zhuǎn)化為一個點在豎直方向上的直線運動，帶動彈性細(xì)繩，產(chǎn)生一列入射波，經(jīng)固定點反射，形成反射波，兩列波在適當(dāng)?shù)臈l件下疊加，最終產(chǎn)生明顯的駐波效果。
- 詳細(xì)介紹：
- 為實現(xiàn)一種新型弦線駐波演示的效果，本人利用火車傳動軸的原理，將電動機轉(zhuǎn)動時的圓運動轉(zhuǎn)化為一個點在豎直方向上的直線運動。在一堅硬金屬板上距圓心分別為11.22mm、7.66mm、4.92mm處用直徑為1.5mm的鉆頭打三個不在一條直線上的眼，構(gòu)成直徑不同的偏心圓，然后用一直徑1.5mm的螺母擰在上面，再用一根較粗的硬直金屬棍固定在螺母上，但要求小棍與螺母之間能自由活動，這樣令轉(zhuǎn)動起來的，偏心圓能夠帶動起硬直小金屬棍在豎直平面內(nèi)作成一定周期的上下往復(fù)運動，再帶動起彈性細(xì)繩作規(guī)律性運動而產(chǎn)生駐波。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- [作品設(shè)計]： 通過火車傳動軸的原理，將電動機的圓運動轉(zhuǎn)化為一個點在豎直方向上的直線運動。從而帶動彈性細(xì)繩，產(chǎn)生明顯的駐波效果。 [發(fā)明目的]： 發(fā)明一種新型的弦線駐波演示儀,內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,能夠觀察明顯的駐波效果及駐波振動的特點。 [基本思路]： 駐波在自然界中是十分常見的一種現(xiàn)象,例如水波,樂器發(fā)聲,樹梢震顫等。在課余時間里,本人對其產(chǎn)生了濃厚的興趣。本項研究（一種新型弦線駐波演示的方法）主要過程是使電動機的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)化為豎直平面內(nèi)的直線運動。從而帶動彈性細(xì)繩（即本裝置的松緊帶）產(chǎn)生一列入射波，經(jīng)固定點反射回來，當(dāng)反射波與入射波疊加在一起，當(dāng)弦長是半波長的整數(shù)倍時,就產(chǎn)生了駐波。 [創(chuàng)新點]： 將電機的圓運動轉(zhuǎn)化成豎直方向上一個點的直線運動，此點的直線運動的速度由電機的轉(zhuǎn)速決定，方便調(diào)節(jié)。 [技術(shù)關(guān)鍵]： 電動機的圓運動轉(zhuǎn)化為點在豎直平面內(nèi)的直線運動。技術(shù)關(guān)鍵：①機械振動的組件質(zhì)量要輕。②圓運動轉(zhuǎn)化為線運動的內(nèi)摩擦力要小。③銜接處螺絲有咣量，轉(zhuǎn)動時不至于產(chǎn)生死點。④機械轉(zhuǎn)動的組件要有一定質(zhì)量，轉(zhuǎn)動時可產(chǎn)生慣性。 [技術(shù)指標(biāo)]： 在此裝置條件下，結(jié)點與振源距離在92.5cm時振動產(chǎn)生的波腹數(shù)量最多（注意：產(chǎn)生波腹數(shù)量與振動頻率、振動介質(zhì)等都有關(guān)）。此時，電機通電壓在1.9V—6.8V，電流為0.04A—0.11A，可產(chǎn)生1—7個波腹。 電動機0.07A—0.19A 2.7V—10.5V； 直流穩(wěn)壓穩(wěn)流可調(diào)電源220V 50Hz 型號SG1730。
科學(xué)性、先進性
- 本演示裝置屬于機械激勵法中的線位移機械振蕩法。其主要過程是使電動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為一個點在豎直方向上的直線運動。經(jīng)查閱相關(guān)國內(nèi)外書籍，目前有另外三種線位移機械振蕩法,本設(shè)計省去了其他三種需要的用于支撐末端連接砝碼的支架和喇叭，制作更方便，造價更低廉，攜帶更方便。 參考文獻： ① Dean S. Edmonds,JR,<CIOFFARI’S EXPERIMENTS IN COLLEGE PHYSICS>,Houghton Mifflin Company Boston New York,1997. ② Cicero H. Bernard&Chirold D. Epp, <LABORATORY EXPERIMENTS IN COLLEGE PHYSICS(SEVENTH EDITION)> ③ 程守洙、江之永，《普通物理學(xué)3（第5版）》，高等教育出版社，2000.2。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在2007年朝陽區(qū)青少年科技創(chuàng)新大賽發(fā)明創(chuàng)造作品評比中，榮獲二等獎。 2007.12 ——朝陽區(qū)學(xué)生科技節(jié)辦公室 在28屆北京青少年科技創(chuàng)新大賽中，榮獲優(yōu)秀項目一等獎。 2008.3.23 ——北京市教育委員會、北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會、北京市科學(xué)技術(shù)委員會。 在28屆北京青少年科技創(chuàng)新大賽中，榮獲西覓亞科學(xué)獎。 2008.3.28 在28屆安捷倫北京青少年科技創(chuàng)新大賽中，榮獲博思機器人創(chuàng)新獎。 2008.3.20 ——東莞市博思電子數(shù)碼科技有限公司
作品所處階段
- 已做出成品，可投入生產(chǎn)階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合同協(xié)議方式轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- ①實物、產(chǎn)品 ②圖紙 ③現(xiàn)場演示 ④圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本演示裝置屬于第一類機械激勵法中的線位移機械振蕩法。其主要過程是，調(diào)節(jié)電源控制電壓和電流輸出量, 使電動機運轉(zhuǎn),從而帶動彈性細(xì)繩（即本裝置的松緊帶）產(chǎn)生一列入射波，經(jīng)固定點反射回來，當(dāng)反射波與入射波疊加在一起就產(chǎn)生了駐波。 通過調(diào)節(jié)可調(diào)電源或變化波源與結(jié)點的距離來控制駐波的震動頻率，振幅，波腹數(shù)量等。 總結(jié)其優(yōu)點： 1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單；2.效果突出明顯；3.制作過程簡單；4.造價低廉；5.小巧玲瓏，方便攜帶；6.可用于物理實驗課的弦駐波演示儀器。 此種新型弦線駐波演示的方法，降低了制作成本，最重要的是制作過程簡單，適合成批生產(chǎn)，駐波效果明顯，可作為國內(nèi)各中學(xué)及大學(xué)物理實驗室的駐波演示儀器，使老師在講解駐波時，可更直觀的為大家展示并介紹駐波的概念及特性。
同類課題研究水平概述
- 大學(xué)物理實驗室里，對駐波的演示主要有三種方式：1）機械激勵法。其中包括兩類，一類是傳統(tǒng)的電動音叉法；另一類是線位移機械振蕩法。這兩種是實驗室演示駐波時最常用的方法。2）電磁激勵法。給金屬絲通電，在線下放置磁鐵，激勵通電金屬絲，產(chǎn)生振動。振源頻率可調(diào)。3）磁電激勵法。金屬絲不通電，在線下放置線圈，產(chǎn)生激勵磁場，產(chǎn)生振動。 本演示裝置屬于第一類機械激勵法中的線位移機械振蕩法。經(jīng)查閱相關(guān)國內(nèi)外書籍，目前有另外三種線位移機械振蕩法，一種是由電動機帶動曲軸做圓運動，撥動在支架上末端連接砝碼的金屬絲，產(chǎn)生駐波；一種是給線圈通電，產(chǎn)生磁場，吸引鐵片，電流穩(wěn)定后，磁場消失，鐵片脫離線圈，以此反復(fù)，帶動鐵絲振動，演示駐波；還有一種是喇叭振蕩法，在喇叭上連接一層鐵片，鐵片上焊接一個輕質(zhì)小棒，喇叭發(fā)音時產(chǎn)生的振蕩可通過小棒表現(xiàn)在彈性介質(zhì)上，由于通電頻率低于100Hz，產(chǎn)生的分貝不會被人耳察覺，只能觀察到駐波。以上所述的另外三種方法均與本裝置不同，前兩種需要一個支架支撐連接砝碼的細(xì)繩，第三種演示方式所需的喇叭的成本最低也要30元，因此在成本上本裝置體現(xiàn)出優(yōu)越性，又由于其外觀小巧，更方便于攜帶。 參考資料： ①Dean S. Edmonds,JR,<CIOFFARI’S EXPERIMENTS IN COLLEGE PHYSICS>,Houghton Mifflin Company Boston New York,1997. ②Cicero H. Bernard&Chirold D. Epp, <LABORATORY EXPERIMENTS IN COLLEGE PHYSICS(SEVENTH EDITION)>，1995. ③程守洙、江之永，《普通物理學(xué)3（第五版）》，高等教育出版社，2000.2。
