基本信息
- 项目名称：
- 简谐振动演示仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品包括两部分：左侧为简谐振动的旋转矢量演示仪，用指针表示矢量，当矢量匀速旋转到某一位置时，矢端在x轴上的投影位置处的二极管发光。这样，当矢量旋转时，就能观察到矢端在x轴上的投影在x轴上作简谐振动。 右侧为简谐振动图像演示仪，当指针旋转时，右侧简谐振动的图像演示仪上相应位置的二极管发光，且矢量转过该位置后，二极管不熄灭。当矢量转动一周，图像演示仪上就会呈现出一周期的正弦曲线。
- 详细介绍：
- 在大学物理中，质点的简谐振动可以用一个矢量以箭尾为圆心匀速转动，其矢端在过圆心的轴上的投影来表示。这样处理，便于学生对简谐振动进行计算。但这种表示方法没有现成的演示实验，所以学生很难理解。本简谐振动演示仪由两部分组成：旋转矢量演示仪和简谐振动图像演示仪，它不仅可以演示简谐振动的旋转矢量表示法，还可同时呈现质点作简谐振动的振动图像。 简谐振动演示仪的外观图如图1所示。左侧为旋转矢量演示仪，右侧为简谐振动图像演示仪。可单独使用旋转矢量演示仪，演示简谐振动的矢量表示法，也可将两部分用导线连接，同时演示质点简谐振动时，质点的y-t图像。 单独演示简谐振动的矢量表示法：转动矢量，矢端在y轴上的投影位置处的二极管发光，当矢端转过该位置到达下一位置时，该二极管熄灭，与下一位置对应的二极管发光。这样，当矢量旋转一周时，就会观察到质点在y轴上作简谐振动。当旋转矢量演示仪与简谐振动图像演示仪用导线相连，则可同时演示质点振动图像。矢量旋转时，与矢端相对应的y轴上二极管发光，同时，移位寄存器控制y-t坐标上的二极管发光，且当矢端转过该位置，y-t坐标上的二极管不熄灭。这样，在观察到y轴上质点简谐振动的同时，还会在y-t坐标轴上呈现出一条完整的正弦曲线。
作品图片
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
- 一个质点的简谐振动，可以用旋转矢量来表示。当矢量匀速转动时，矢端在y轴上的投影作简谐振动。本科技制作就是设计了利用旋转矢量法演示简谐振动。作品中，在y轴上安装了若干个发光二极管，当矢端转到某位置时，与之相对应的y轴投影位置上的二极管发光，能清楚地演示矢量匀速转动时，其矢端在y轴上的投影在y轴上作简谐振动。同时，当矢端转到某位置时，简谐振动图像演示仪的y-t坐标中，与之相对应的二极管发光，而且当矢端转过该位置，到下一位置时，该二极管不熄灭，发光二极管能将质点的振动图像显示出来，当矢量旋转一周，图像出现一个完整的正弦曲线。 创新点：作品设计电路，用旋转矢量法表示演示简谐振动，并巧妙利用了移位寄存器控制二极管发光，呈现简谐振动图像。既可分开使用，单独演示旋转矢量法，还可结合在一起，同时演示振动图像。 主要技术指标：利用开关电路控制y轴上二极管亮灭，利用移位寄存器控制右侧y-t坐标中发光二极管发光，且使用555定时器等元件制作单脉冲触发开关。
科学性、先进性
- 质点的简谐振动可用旋转矢量法表示，但由于没有现成的演示实验，只能通过理论进行推导，学生很难理解。 本作品包括两部分：左侧为简谐振动的旋转矢量演示仪，用指针表示矢量，当矢量匀速旋转到某一位置时，矢端在y轴上的投影位置处的二极管发光。这样，当矢量旋转时，就能观察到矢端在y轴上的投影在y轴上作简谐振动。便于对知识的理解。 作品右侧为简谐振动图像演示仪，当指针旋转时，右侧简谐振动的图像演示仪上相应位置的二极管发光，且当矢量转过该位置后，二极管不熄灭。当矢量转动一周，就会在图像演示仪上呈现出一周期的正弦曲线。两部分既可同时使用，又可单独演示简谐振动的旋转矢量表示法。弥补了该方面的不足。该演示仪结构简单，使用方便，演示效果好，适合在高中数学、物理、大学物理实验和教学中广泛使用。 参考文献 ： 【1】漆安慎 杜婵英 力学（第二版）高等教育出版社 【2】阎石 数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社 【3】童诗白 华成英 模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物
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
- 使用说明：当旋转矢量演示仪单独使用时，先接通电源，转动指针，当指针转动时，就会观察到y轴上与矢端相对应处二极管发光，会观察到y轴上的质点在作简谐振动。两部分同时使用时，将旋转矢量演示仪1和简谐振动图像演示仪2连接好并接通电源，转动指针，就可以同时观察到质点振动和在简谐振动图像演示仪上自动产生振动图像。 技术特点和优势：运用了二极管并配合单脉冲触发电路以及移位寄存器，既可以单独演示简谐振动的旋转矢量表示法，也可同时演示简谐振动的旋转矢量表示法和振动图像。 适用范围：适合在高中数学、物理、大学物理的实验和教学中广泛使用。 市场分析和经济效益预测：目前国内各高校及中学实验室中可以同时演示旋转矢量和简谐振动的仪器较少，该仪器使用方便，现象明显，便于学生对知识的理解。在大学、高中的演示实验中具有广泛的应用，具有广泛的潜在市场，较同类相关仪器成本较低，可批量生产，具有较好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 本简谐振动演示仪由两部分组成：旋转矢量演示仪和简谐振动图像演示仪，它可以单独演示简谐振动的旋转矢量表示法，还可在演示旋转矢量表示法的同时呈现质点作简谐振动的振动图像。 在大学物理中，通过理论推导可得出：质点的简谐振动可以用一个矢量以箭尾为圆心匀速转动，其矢端在y轴上的投影来表示。这种表示方法没有现成的演示实验仪，所以学生很难理解。 单独演示质点简谐振动的图像演示仪有沙摆，下面放一张白纸。当悬挂沙袋的摆在摆动时，从沙袋中会流出沙子，匀速拉动白纸，就会在白纸上留下一条沙子的痕迹。或用弹簧振子演示，当振子振动时，从振子中流出墨汁留在白纸上，匀速拖动白纸，在白纸上会留下痕迹。以上两种方法都会使摆球的质量发生变化。 现成的旋转矢量演示仪很少，旋转矢量演示仪与简谐振动演示仪组合的演示仪器未见报道。
