1、基于彈簧振子的簡諧振動(dòng)圖像演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與制作%摘 要&針對現(xiàn)有基于彈簧振子的簡諧振動(dòng)圖像演示實(shí)驗(yàn)裝置存在的不足，本文介紹了裝置改進(jìn)的設(shè)計(jì) 方案，提高了課堂演示效果%關(guān)鍵詞&彈簧振子；簡諧振動(dòng)；圖像The Application of Polaroid Light in Engineering% Abstract & Aiming at the shortcomings of the existing image demonstration experimental device of simple harmonic vibration based on spring oscillator

2、. This paper introduces the design scheme of device improvement, which improves the effect of classroom demonstration.% Key words Spring oscillator; Simple harmonic vibration; Image現(xiàn)有演示實(shí)驗(yàn)裝置存在的不足目前基于彈簧振子的簡諧振動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)裝置存在 以下不足:(1 )彈簧振子作水平方向的運(yùn)動(dòng)，通過氣墊 導(dǎo)軌來平衡掉重力的作用影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要配 備交流供電的氣墊導(dǎo)軌氣泵，攜帶不方便；(2 )彈簧振 子運(yùn)動(dòng)過程中繪

3、制的簡諧振動(dòng)圖像位于水平面上，要 讓學(xué)生直觀看到圖像，需要借助平面反射鏡或?qū)嵨锿?影儀；(3 )每次實(shí)驗(yàn)之前需要準(zhǔn)備好足夠長度的繪圖 紙，繪圖紙不能反復(fù)使用，造成浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)針對以上不足，我們設(shè)計(jì)了沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的 彈簧振子簡諧振動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)裝置的前視圖如圖1 所示%圖1在矩形底座上安裝四個(gè)帶底座軸承，豎直方向在 一條直線上的兩個(gè)軸承的內(nèi)環(huán)之間安裝滾軸在兩根 滾軸之間安裝水寫布制成的傳送帶左側(cè)滾軸下方安 裝調(diào)速電機(jī)，調(diào)速電機(jī)可帶動(dòng)滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滾軸可帶動(dòng) 水寫布傳送帶向左運(yùn)動(dòng)在右側(cè)滾軸的右側(cè)安裝可伸 縮撐桿，撐桿之間安裝彈簧振子系統(tǒng)圓柱形振子安前視圖 右視圖圖2振子為圓柱形中空瓶狀結(jié)

4、構(gòu)，其上下兩端帶有固 定彈簧鉤頭的結(jié)構(gòu)上端為可擰開的瓶蓋結(jié)構(gòu)，擰開 后可注入自來水振子中部朝向水寫布一側(cè)裝有水寫 筆頭，筆頭內(nèi)部與振子內(nèi)部相通，以保證振子內(nèi)裝的 自來水順利到達(dá)筆尖實(shí)驗(yàn)裝置的后視圖如圖3所示圖3矩形底座與水寫布對應(yīng)位置設(shè)置兩個(gè)矩形孔，用 來安裝兩個(gè)計(jì)算機(jī)筆記本散熱底座用的散熱風(fēng)扇，用 于將朝向底座一側(cè)的水寫布上的水跡吹干。底座四角 安裝強(qiáng)力磁鋼，用于將底座吸附于黑板。底座下部中間 位置安裝電源倉，用于安裝直流充電電池(可直接采用 手機(jī)充電寶)。實(shí)驗(yàn)裝置制作及演示時(shí)應(yīng)注意的問題與水寫布右側(cè)滾軸相連接的兩個(gè)軸承的底座 的位置要能沿水平方向移動(dòng)調(diào)整，以保證水寫布繃緊 展平。兩個(gè)滾軸兩

5、端要有水寫布限位裝置，保證水寫 布運(yùn)動(dòng)過程中在豎直方向不發(fā)生偏移。為減輕重量滾 軸設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)。為配合風(fēng)扇快速去除水寫布圖形 水跡，可將兩滾軸設(shè)計(jì)為下端封閉、上端開口帶蓋結(jié) 構(gòu)，可裝入開水用于對水寫布進(jìn)行加熱升溫，提高去 除圖形水跡的速度。為保證水寫筆尖正對水寫布、振子在豎直方向 運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，撐桿兩側(cè)用于固定彈簧鉤頭 的連接部位應(yīng)為可旋轉(zhuǎn)調(diào)整固定結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)前與振子 兩端的彈簧固定結(jié)構(gòu)配合調(diào)整，使彈簧不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變 形，同時(shí)使水寫筆的筆尖正對水寫布，并接觸良好。（4）為保證振子運(yùn)動(dòng)過程中所畫簡諧振動(dòng)圖形美 觀，要統(tǒng)籌考慮彈簧振子振動(dòng)周期和調(diào)速電機(jī)帶動(dòng) 水寫布水平方向運(yùn)動(dòng)的速度。為保證水寫布轉(zhuǎn)到背 面時(shí)圖形水跡及時(shí)消除，水寫布運(yùn)動(dòng)速度不宜過快。 因此應(yīng)在調(diào)整好好水寫布運(yùn)動(dòng)速度的前提下，來選 擇彈簧振子的周期大小。而彈簧振子的周期取決于 彈簧的勁度系數(shù)和振子質(zhì)量。因?yàn)椴捎玫氖莾筛?同彈簧，設(shè)彈簧勁度系數(shù)為R振子質(zhì)量為則周 期公式為T=歹。彈簧的勁度系數(shù)可根據(jù)以 下公式進(jìn)行估算：4k =Cxd_（n/mm）8xA，。xD他其中G為彈簧線材的剛性模數(shù)，考慮到市面上多 為不銹鋼材料，其剛性模數(shù)大約為71000左右；d為線 徑（單位為mm）；久為彈簧的外徑與彈簧線徑的差值 （單位為mm