基本信息
- 项目名称：
- 一种新型弦线驻波演示的方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 设计发明一种新型弦线驻波演示的方法，利用火车传动轴的原理，将电动机转动时的圆运动转化为一个点在竖直方向上的直线运动，带动弹性细绳，产生一列入射波，经固定点反射，形成反射波，两列波在适当的条件下叠加，最终产生明显的驻波效果。
- 详细介绍：
- 为实现一种新型弦线驻波演示的效果，本人利用火车传动轴的原理，将电动机转动时的圆运动转化为一个点在竖直方向上的直线运动。在一坚硬金属板上距圆心分别为11.22mm、7.66mm、4.92mm处用直径为1.5mm的钻头打三个不在一条直线上的眼，构成直径不同的偏心圆，然后用一直径1.5mm的螺母拧在上面，再用一根较粗的硬直金属棍固定在螺母上，但要求小棍与螺母之间能自由活动，这样令转动起来的，偏心圆能够带动起硬直小金属棍在竖直平面内作成一定周期的上下往复运动，再带动起弹性细绳作规律性运动而产生驻波。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- [作品设计]： 通过火车传动轴的原理，将电动机的圆运动转化为一个点在竖直方向上的直线运动。从而带动弹性细绳，产生明显的驻波效果。 [发明目的]： 发明一种新型的弦线驻波演示仪,内部结构简单,能够观察明显的驻波效果及驻波振动的特点。 [基本思路]： 驻波在自然界中是十分常见的一种现象,例如水波,乐器发声,树梢震颤等。在课余时间里,本人对其产生了浓厚的兴趣。本项研究（一种新型弦线驻波演示的方法）主要过程是使电动机的转动，转化为竖直平面内的直线运动。从而带动弹性细绳（即本装置的松紧带）产生一列入射波，经固定点反射回来，当反射波与入射波叠加在一起，当弦长是半波长的整数倍时,就产生了驻波。 [创新点]： 将电机的圆运动转化成竖直方向上一个点的直线运动，此点的直线运动的速度由电机的转速决定，方便调节。 [技术关键]： 电动机的圆运动转化为点在竖直平面内的直线运动。技术关键：①机械振动的组件质量要轻。②圆运动转化为线运动的内摩擦力要小。③衔接处螺丝有咣量，转动时不至于产生死点。④机械转动的组件要有一定质量，转动时可产生惯性。 [技术指标]： 在此装置条件下，结点与振源距离在92.5cm时振动产生的波腹数量最多（注意：产生波腹数量与振动频率、振动介质等都有关）。此时，电机通电压在1.9V—6.8V，电流为0.04A—0.11A，可产生1—7个波腹。 电动机0.07A—0.19A 2.7V—10.5V； 直流稳压稳流可调电源220V 50Hz 型号SG1730。
科学性、先进性
- 本演示装置属于机械激励法中的线位移机械振荡法。其主要过程是使电动机的转动转化为一个点在竖直方向上的直线运动。经查阅相关国内外书籍，目前有另外三种线位移机械振荡法,本设计省去了其他三种需要的用于支撑末端连接砝码的支架和喇叭，制作更方便，造价更低廉，携带更方便。 参考文献： 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，《普通物理学3（第5版）》，高等教育出版社，2000.2。
获奖情况及鉴定结果
- 在2007年朝阳区青少年科技创新大赛发明创造作品评比中，荣获二等奖。 2007.12 ——朝阳区学生科技节办公室 在28届北京青少年科技创新大赛中，荣获优秀项目一等奖。 2008.3.23 ——北京市教育委员会、北京市科学技术协会、北京市科学技术委员会。 在28届北京青少年科技创新大赛中，荣获西觅亚科学奖。 2008.3.28 在28届安捷伦北京青少年科技创新大赛中，荣获博思机器人创新奖。 2008.3.20 ——东莞市博思电子数码科技有限公司
作品所处阶段
- 已做出成品，可投入生产阶段。
技术转让方式
- 合同协议方式转让
作品可展示的形式
- ①实物、产品 ②图纸 ③现场演示 ④图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本演示装置属于第一类机械激励法中的线位移机械振荡法。其主要过程是，调节电源控制电压和电流输出量, 使电动机运转,从而带动弹性细绳（即本装置的松紧带）产生一列入射波，经固定点反射回来，当反射波与入射波叠加在一起就产生了驻波。 通过调节可调电源或变化波源与结点的距离来控制驻波的震动频率，振幅，波腹数量等。 总结其优点： 1.内部结构简单；2.效果突出明显；3.制作过程简单；4.造价低廉；5.小巧玲珑，方便携带；6.可用于物理实验课的弦驻波演示仪器。 此种新型弦线驻波演示的方法，降低了制作成本，最重要的是制作过程简单，适合成批生产，驻波效果明显，可作为国内各中学及大学物理实验室的驻波演示仪器，使老师在讲解驻波时，可更直观的为大家展示并介绍驻波的概念及特性。
同类课题研究水平概述
- 大学物理实验室里，对驻波的演示主要有三种方式：1）机械激励法。其中包括两类，一类是传统的电动音叉法；另一类是线位移机械振荡法。这两种是实验室演示驻波时最常用的方法。2）电磁激励法。给金属丝通电，在线下放置磁铁，激励通电金属丝，产生振动。振源频率可调。3）磁电激励法。金属丝不通电，在线下放置线圈，产生激励磁场，产生振动。 本演示装置属于第一类机械激励法中的线位移机械振荡法。经查阅相关国内外书籍，目前有另外三种线位移机械振荡法，一种是由电动机带动曲轴做圆运动，拨动在支架上末端连接砝码的金属丝，产生驻波；一种是给线圈通电，产生磁场，吸引铁片，电流稳定后，磁场消失，铁片脱离线圈，以此反复，带动铁丝振动，演示驻波；还有一种是喇叭振荡法，在喇叭上连接一层铁片，铁片上焊接一个轻质小棒，喇叭发音时产生的振荡可通过小棒表现在弹性介质上，由于通电频率低于100Hz，产生的分贝不会被人耳察觉，只能观察到驻波。以上所述的另外三种方法均与本装置不同，前两种需要一个支架支撑连接砝码的细绳，第三种演示方式所需的喇叭的成本最低也要30元，因此在成本上本装置体现出优越性，又由于其外观小巧，更方便于携带。 参考资料： 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，《普通物理学3（第五版）》，高等教育出版社，2000.2。
