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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 簡諧振動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，就能觀察到矢端在x軸上的投影在x軸上作簡諧振動(dòng)。 右側(cè)為簡諧振動(dòng)圖像演示儀，當(dāng)指針旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)簡諧振動(dòng)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(dòng)一周，圖像演示儀上就會(huì)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(diǎn)的簡諧振動(dòng)可以用一個(gè)矢量以箭尾為圓心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)進(jìn)行計(jì)算。但這種表示方法沒有現(xiàn)成的演示實(shí)驗(yàn)，所以學(xué)生很難理解。本簡諧振動(dòng)演示儀由兩部分組成：旋轉(zhuǎn)矢量演示儀和簡諧振動(dòng)圖像演示儀，它不僅可以演示簡諧振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)矢量表示法，還可同時(shí)呈現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)作簡諧振動(dòng)的振動(dòng)圖像。 簡諧振動(dòng)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(dòng)圖像演示儀?？蓡为?dú)使用旋轉(zhuǎn)矢量演示儀，演示簡諧振動(dòng)的矢量表示法，也可將兩部分用導(dǎo)線連接，同時(shí)演示質(zhì)點(diǎn)簡諧振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的y-t圖像。 單獨(dú)演示簡諧振動(dòng)的矢量表示法：轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，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(shí)，就會(huì)觀察到質(zhì)點(diǎn)在y軸上作簡諧振動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)矢量演示儀與簡諧振動(dòng)圖像演示儀用導(dǎo)線相連，則可同時(shí)演示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖像。矢量旋轉(zhuǎn)時(shí)，與矢端相對應(yīng)的y軸上二極管發(fā)光，同時(shí)，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(diǎn)簡諧振動(dòng)的同時(shí)，還會(huì)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的簡諧振動(dòng)，可以用旋轉(zhuǎn)矢量來表示。當(dāng)矢量勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，矢端在y軸上的投影作簡諧振動(dòng)。本科技制作就是設(shè)計(jì)了利用旋轉(zhuǎn)矢量法演示簡諧振動(dòng)。作品中，在y軸上安裝了若干個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)矢端轉(zhuǎn)到某位置時(shí)，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(dòng)時(shí)，其矢端在y軸上的投影在y軸上作簡諧振動(dòng)。同時(shí)，當(dāng)矢端轉(zhuǎn)到某位置時(shí)，簡諧振動(dòng)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(shí)，該二極管不熄滅，發(fā)光二極管能將質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像顯示出來，當(dāng)矢量旋轉(zhuǎn)一周，圖像出現(xiàn)一個(gè)完整的正弦曲線。 創(chuàng)新點(diǎn)：作品設(shè)計(jì)電路，用旋轉(zhuǎn)矢量法表示演示簡諧振動(dòng)，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(dòng)圖像。既可分開使用，單獨(dú)演示旋轉(zhuǎn)矢量法，還可結(jié)合在一起，同時(shí)演示振動(dòng)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(shí)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(diǎn)的簡諧振動(dòng)可用旋轉(zhuǎn)矢量法表示，但由于沒有現(xiàn)成的演示實(shí)驗(yàn)，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(dòng)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(shí)，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(shí)，就能觀察到矢端在y軸上的投影在y軸上作簡諧振動(dòng)。便于對知識(shí)的理解。 作品右側(cè)為簡諧振動(dòng)圖像演示儀，當(dāng)指針旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)簡諧振動(dòng)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(dòng)一周，就會(huì)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(shí)使用，又可單獨(dú)演示簡諧振動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(jiǎng)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(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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(dú)使用時(shí)，先接通電源，轉(zhuǎn)動(dòng)指針，當(dāng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)觀察到y(tǒng)軸上與矢端相對應(yīng)處二極管發(fā)光，會(huì)觀察到y(tǒng)軸上的質(zhì)點(diǎn)在作簡諧振動(dòng)。兩部分同時(shí)使用時(shí)，將旋轉(zhuǎn)矢量演示儀1和簡諧振動(dòng)圖像演示儀2連接好并接通電源，轉(zhuǎn)動(dòng)指針，就可以同時(shí)觀察到質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和在簡諧振動(dòng)圖像演示儀上自動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)圖像。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：運(yùn)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(dú)演示簡諧振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)矢量表示法，也可同時(shí)演示簡諧振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)矢量表示法和振動(dòng)圖像。 適用范圍：適合在高中數(shù)學(xué)、物理、大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室中可以同時(shí)演示旋轉(zhuǎn)矢量和簡諧振動(dòng)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(shí)的理解。在大學(xué)、高中的演示實(shí)驗(yàn)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(dòng)演示儀由兩部分組成：旋轉(zhuǎn)矢量演示儀和簡諧振動(dòng)圖像演示儀，它可以單獨(dú)演示簡諧振動(dòng)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(shí)呈現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)作簡諧振動(dòng)的振動(dòng)圖像。 在大學(xué)物理中，通過理論推導(dǎo)可得出：質(zhì)點(diǎn)的簡諧振動(dòng)可以用一個(gè)矢量以箭尾為圓心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)驗(yàn)儀，所以學(xué)生很難理解。 單獨(dú)演示質(zhì)點(diǎn)簡諧振動(dòng)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(dòng)時(shí)，從沙袋中會(huì)流出沙子，勻速拉動(dòng)白紙，就會(huì)在白紙上留下一條沙子的痕跡?；蛴脧椈烧褡友菔?，當(dāng)振子振動(dòng)時(shí)，從振子中流出墨汁留在白紙上，勻速拖動(dòng)白紙，在白紙上會(huì)留下痕跡。以上兩種方法都會(huì)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(dòng)演示儀組合的演示儀器未見報(bào)道。
