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基本信息
- 項目名稱：
- 簡諧振動演示儀
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品包括兩部分：左側(cè)為簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量演示儀，用指針表示矢量，當(dāng)矢量勻速旋轉(zhuǎn)到某一位置時，矢端在x軸上的投影位置處的二極管發(fā)光。這樣，當(dāng)矢量旋轉(zhuǎn)時，就能觀察到矢端在x軸上的投影在x軸上作簡諧振動。 右側(cè)為簡諧振動圖像演示儀，當(dāng)指針旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)簡諧振動的圖像演示儀上相應(yīng)位置的二極管發(fā)光，且矢量轉(zhuǎn)過該位置后，二極管不熄滅。當(dāng)矢量轉(zhuǎn)動一周，圖像演示儀上就會呈現(xiàn)出一周期的正弦曲線。
- 詳細(xì)介紹：
- 在大學(xué)物理中，質(zhì)點的簡諧振動可以用一個矢量以箭尾為圓心勻速轉(zhuǎn)動，其矢端在過圓心的軸上的投影來表示。這樣處理，便于學(xué)生對簡諧振動進(jìn)行計算。但這種表示方法沒有現(xiàn)成的演示實驗，所以學(xué)生很難理解。本簡諧振動演示儀由兩部分組成：旋轉(zhuǎn)矢量演示儀和簡諧振動圖像演示儀，它不僅可以演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法，還可同時呈現(xiàn)質(zhì)點作簡諧振動的振動圖像。 簡諧振動演示儀的外觀圖如圖1所示。左側(cè)為旋轉(zhuǎn)矢量演示儀，右側(cè)為簡諧振動圖像演示儀?？蓡为毷褂眯D(zhuǎn)矢量演示儀，演示簡諧振動的矢量表示法，也可將兩部分用導(dǎo)線連接，同時演示質(zhì)點簡諧振動時，質(zhì)點的y-t圖像。 單獨演示簡諧振動的矢量表示法：轉(zhuǎn)動矢量，矢端在y軸上的投影位置處的二極管發(fā)光，當(dāng)矢端轉(zhuǎn)過該位置到達(dá)下一位置時，該二極管熄滅，與下一位置對應(yīng)的二極管發(fā)光。這樣，當(dāng)矢量旋轉(zhuǎn)一周時，就會觀察到質(zhì)點在y軸上作簡諧振動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)矢量演示儀與簡諧振動圖像演示儀用導(dǎo)線相連，則可同時演示質(zhì)點振動圖像。矢量旋轉(zhuǎn)時，與矢端相對應(yīng)的y軸上二極管發(fā)光，同時，移位寄存器控制y-t坐標(biāo)上的二極管發(fā)光，且當(dāng)矢端轉(zhuǎn)過該位置，y-t坐標(biāo)上的二極管不熄滅。這樣，在觀察到y(tǒng)軸上質(zhì)點簡諧振動的同時，還會在y-t坐標(biāo)軸上呈現(xiàn)出一條完整的正弦曲線。
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)
- 一個質(zhì)點的簡諧振動，可以用旋轉(zhuǎn)矢量來表示。當(dāng)矢量勻速轉(zhuǎn)動時，矢端在y軸上的投影作簡諧振動。本科技制作就是設(shè)計了利用旋轉(zhuǎn)矢量法演示簡諧振動。作品中，在y軸上安裝了若干個發(fā)光二極管，當(dāng)矢端轉(zhuǎn)到某位置時，與之相對應(yīng)的y軸投影位置上的二極管發(fā)光，能清楚地演示矢量勻速轉(zhuǎn)動時，其矢端在y軸上的投影在y軸上作簡諧振動。同時，當(dāng)矢端轉(zhuǎn)到某位置時，簡諧振動圖像演示儀的y-t坐標(biāo)中，與之相對應(yīng)的二極管發(fā)光，而且當(dāng)矢端轉(zhuǎn)過該位置，到下一位置時，該二極管不熄滅，發(fā)光二極管能將質(zhì)點的振動圖像顯示出來，當(dāng)矢量旋轉(zhuǎn)一周，圖像出現(xiàn)一個完整的正弦曲線。 創(chuàng)新點：作品設(shè)計電路，用旋轉(zhuǎn)矢量法表示演示簡諧振動，并巧妙利用了移位寄存器控制二極管發(fā)光，呈現(xiàn)簡諧振動圖像。既可分開使用，單獨演示旋轉(zhuǎn)矢量法，還可結(jié)合在一起，同時演示振動圖像。 主要技術(shù)指標(biāo)：利用開關(guān)電路控制y軸上二極管亮滅，利用移位寄存器控制右側(cè)y-t坐標(biāo)中發(fā)光二極管發(fā)光，且使用555定時器等元件制作單脈沖觸發(fā)開關(guān)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 質(zhì)點的簡諧振動可用旋轉(zhuǎn)矢量法表示，但由于沒有現(xiàn)成的演示實驗，只能通過理論進(jìn)行推導(dǎo)，學(xué)生很難理解。 本作品包括兩部分：左側(cè)為簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量演示儀，用指針表示矢量，當(dāng)矢量勻速旋轉(zhuǎn)到某一位置時，矢端在y軸上的投影位置處的二極管發(fā)光。這樣，當(dāng)矢量旋轉(zhuǎn)時，就能觀察到矢端在y軸上的投影在y軸上作簡諧振動。便于對知識的理解。 作品右側(cè)為簡諧振動圖像演示儀，當(dāng)指針旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)簡諧振動的圖像演示儀上相應(yīng)位置的二極管發(fā)光，且當(dāng)矢量轉(zhuǎn)過該位置后，二極管不熄滅。當(dāng)矢量轉(zhuǎn)動一周，就會在圖像演示儀上呈現(xiàn)出一周期的正弦曲線。兩部分既可同時使用，又可單獨演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法。彌補(bǔ)了該方面的不足。該演示儀結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，演示效果好，適合在高中數(shù)學(xué)、物理、大學(xué)物理實驗和教學(xué)中廣泛使用。 參考文獻(xiàn) ： 【1】漆安慎 杜嬋英 力學(xué)（第二版）高等教育出版社 【2】閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）高等教育出版社 【3】童詩白 華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）高等教育出版社
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物
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(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：當(dāng)旋轉(zhuǎn)矢量演示儀單獨使用時，先接通電源，轉(zhuǎn)動指針，當(dāng)指針轉(zhuǎn)動時，就會觀察到y(tǒng)軸上與矢端相對應(yīng)處二極管發(fā)光，會觀察到y(tǒng)軸上的質(zhì)點在作簡諧振動。兩部分同時使用時，將旋轉(zhuǎn)矢量演示儀1和簡諧振動圖像演示儀2連接好并接通電源，轉(zhuǎn)動指針，就可以同時觀察到質(zhì)點振動和在簡諧振動圖像演示儀上自動產(chǎn)生振動圖像。 技術(shù)特點和優(yōu)勢：運用了二極管并配合單脈沖觸發(fā)電路以及移位寄存器，既可以單獨演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法，也可同時演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法和振動圖像。 適用范圍：適合在高中數(shù)學(xué)、物理、大學(xué)物理的實驗和教學(xué)中廣泛使用。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：目前國內(nèi)各高校及中學(xué)實驗室中可以同時演示旋轉(zhuǎn)矢量和簡諧振動的儀器較少，該儀器使用方便，現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生對知識的理解。在大學(xué)、高中的演示實驗中具有廣泛的應(yīng)用，具有廣泛的潛在市場，較同類相關(guān)儀器成本較低，可批量生產(chǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 本簡諧振動演示儀由兩部分組成：旋轉(zhuǎn)矢量演示儀和簡諧振動圖像演示儀，它可以單獨演示簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法，還可在演示旋轉(zhuǎn)矢量表示法的同時呈現(xiàn)質(zhì)點作簡諧振動的振動圖像。 在大學(xué)物理中，通過理論推導(dǎo)可得出：質(zhì)點的簡諧振動可以用一個矢量以箭尾為圓心勻速轉(zhuǎn)動，其矢端在y軸上的投影來表示。這種表示方法沒有現(xiàn)成的演示實驗儀，所以學(xué)生很難理解。 單獨演示質(zhì)點簡諧振動的圖像演示儀有沙擺，下面放一張白紙。當(dāng)懸掛沙袋的擺在擺動時，從沙袋中會流出沙子，勻速拉動白紙，就會在白紙上留下一條沙子的痕跡?；蛴脧椈烧褡友菔荆?dāng)振子振動時，從振子中流出墨汁留在白紙上，勻速拖動白紙，在白紙上會留下痕跡。以上兩種方法都會使擺球的質(zhì)量發(fā)生變化。 現(xiàn)成的旋轉(zhuǎn)矢量演示儀很少，旋轉(zhuǎn)矢量演示儀與簡諧振動演示儀組合的演示儀器未見報道。
