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：左側為簡諧振動的旋轉矢量演示儀，用指針表示矢量，當矢量勻速旋轉到某一位置時，矢端在x軸上的投影位置處的二極管發(fā)光。這樣，當矢量旋轉時，就能觀察到矢端在x軸上的投影在x軸上作簡諧振動。 右側為簡諧振動圖像演示儀，當指針旋轉時，右側簡諧振動的圖像演示儀上相應位置的二極管發(fā)光，且矢量轉過該位置后，二極管不熄滅。當矢量轉動一周，圖像演示儀上就會呈現(xiàn)出一周期的正弦曲線。
- 詳細介紹：
- 在大學物理中，質(zhì)點的簡諧振動可以用一個矢量以箭尾為圓心勻速轉動，其矢端在過圓心的軸上的投影來表示。這樣處理，便于學生對簡諧振動進行計算。但這種表示方法沒有現(xiàn)成的演示實驗，所以學生很難理解。本簡諧振動演示儀由兩部分組成：旋轉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。左側為旋轉矢量演示儀，右側為簡諧振動圖像演示儀?？蓡为毷褂眯D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：轉動矢量，矢端在y軸上的投影位置處的二極管發(fā)光，當矢端轉過該位置到達下一位置時，該二極管熄滅，與下一位置對應的二極管發(fā)光。這樣，當矢量旋轉一周時，就會觀察到質(zhì)點在y軸上作簡諧振動。當旋轉矢量演示儀與簡諧振動圖像演示儀用導線相連，則可同時演示質(zhì)點振動圖像。矢量旋轉時，與矢端相對應的y軸上二極管發(fā)光，同時，移位寄存器控制y-t坐標上的二極管發(fā)光，且當矢端轉過該位置，y-t坐標上的二極管不熄滅。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
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 一個質(zhì)點的簡諧振動，可以用旋轉矢量來表示。當矢量勻速轉動時，矢端在y軸上的投影作簡諧振動。本科技制作就是設計了利用旋轉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，當矢端轉到某位置時，與之相對應的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動時，其矢端在y軸上的投影在y軸上作簡諧振動。同時，當矢端轉到某位置時，簡諧振動圖像演示儀的y-t坐標中，與之相對應的二極管發(fā)光，而且當矢端轉過該位置，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，當矢量旋轉一周，圖像出現(xiàn)一個完整的正弦曲線。 創(chuàng)新點：作品設計電路，用旋轉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，單獨演示旋轉矢量法，還可結合在一起，同時演示振動圖像。 主要技術指標：利用開關電路控制y軸上二極管亮滅，利用移位寄存器控制右側y-t坐標中發(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。
科學性、先進性
- 質(zhì)點的簡諧振動可用旋轉矢量法表示，但由于沒有現(xiàn)成的演示實驗，只能通過理論進行推導，學生很難理解。 本作品包括兩部分：左側為簡諧振動的旋轉矢量演示儀，用指針表示矢量，當矢量勻速旋轉到某一位置時，矢端在y軸上的投影位置處的二極管發(fā)光。這樣，當矢量旋轉時，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。 作品右側為簡諧振動圖像演示儀，當指針旋轉時，右側簡諧振動的圖像演示儀上相應位置的二極管發(fā)光，且當矢量轉過該位置后，二極管不熄滅。當矢量轉動一周，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矢量表示法。彌補了該方面的不足。該演示儀結構簡單，使用方便，演示效果好，適合在高中數(shù)學、物理、大學物理實驗和教學中廣泛使用。 參考文獻 ： 【1】漆安慎 杜嬋英 力學（第二版）高等教育出版社 【2】閻石 數(shù)字電子技術基礎（第五版）高等教育出版社 【3】童詩白 華成英 模擬電子技術基礎（第四版）高等教育出版社
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：當旋轉矢量演示儀單獨使用時，先接通電源，轉動指針，當指針轉動時，就會觀察到y(tǒng)軸上與矢端相對應處二極管發(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矢量表示法，也可同時演示簡諧振動的旋轉矢量表示法和振動圖像。 適用范圍：適合在高中數(shù)學、物理、大學物理的實驗和教學中廣泛使用。 市場分析和經(jīng)濟效益預測：目前國內(nèi)各高校及中學實驗室中可以同時演示旋轉矢量和簡諧振動的儀器較少，該儀器使用方便，現(xiàn)象明顯，便于學生對知識的理解。在大學、高中的演示實驗中具有廣泛的應用，具有廣泛的潛在市場，較同類相關儀器成本較低，可批量生產(chǎn)，具有較好的經(jīng)濟效益。
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矢量表示法，還可在演示旋轉矢量表示法的同時呈現(xiàn)質(zhì)點作簡諧振動的振動圖像。 在大學物理中，通過理論推導可得出：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?，當振子振動時，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)成的旋轉矢量演示儀很少，旋轉矢量演示儀與簡諧振動演示儀組合的演示儀器未見報道。
