[发明专利]一种驻波实验装置、实验方法及其应用

说明书

本发明公开一种驻波实验装置、实验方法及其应用，属于教学实验领域。它包括可伸缩框架、起振源和旋紧钮，可伸缩框架的两端分别设置有起振源和旋紧钮，起振源与旋紧钮之间连接有水晶线，可伸缩框架上设置有起振源的一端设置有信号接线柱；可伸缩框架由框架和伸缩管组成；起振源由电磁螺旋管和薄铁片组成，电磁螺线管中间放置有一端固定的薄铁片。本发明结构简单合理，便于操作，波动形态完整清晰；同时本发明在制作上选取材容易，有利于教学实验的制作利用，实验的拓展性强。

技术领域

本发明涉属于教学实验领域，尤其是一种驻波实验装置、实验方法及其应用。

背景技术

目前公知的，在科学探究和物理实验教学中，振动与波的实验中，由于物体的振动过程、波的传播过程变化得十分迅速，以至我们无法观察这些物体运动的全过程和细节。因此我们无法深刻理解它们的运动规律和物理图像。波动情况，我们无法明显观察到波源的振动及波的传播过程及波形图像，这是受到人的视觉暂留效应的影响。人们的眼睛在看到一发光物体后，在眼睛的视网膜上留下该物体的像，然后通过视觉神经传入大脑皮层形成视觉形象。由于人眼的生理特点，在发光物体消失后，人眼视网膜上的像并不立即消失，而是还保留大约0.1秒的时间(眼睛的视觉暂留时间的长短与视网膜所接受的亮度大小有关)，我们将这种现象称之谓眼睛视觉暂留效应。而在观察高速运动的物体时，已经过去的物体的像和现在物体的像，由于视觉暂留效应的影响，而无法区分。为了观察重复的机械运动、振动、波动，有人采用频闪摄影的方法，它能把物体瞬息的运动过程，清晰地记录在照片上，其最大的优点是能将物体一次性的高速运动，非周期性的振动形象地显示在照相上。但其有一个不可克服的缺点，学生观察到只是照片上所记录的运动过程某一个瞬间，缺乏真实感，因此效果并不令人满意。加之，现代中学科学探究和物理实验教学中并没有频闪摄影的项目和器材配备。频闪摄影，技术难度大，成本高，一般业余条件下难以做到，造成了实验教学中的一个教具的空白，使得机械运动、振动、波动因为没有相应的实验器材和实验设计而成为一个疑难实验。

为满足实际教学的需要和填补实验教具的空白，基于这样的背景确定了制作《运动静像化数字处理系统》创新教具的基本思路，用以满足技术和教学的需要。《运动静像化数字处理系统》创新教具，通过创新的思维和独特的设计，成功地对运动现象进行静像化数字处理，以便直观形象的观察，同时以基于中学生的认知基础和数据采集能力与实验条件的现实，做到极为简单的获取相关的要素数据，作为科学探究和物理实验教具效果非常明显。

发明内容

为解决现有技术存在的驻波实验研究缺乏真实感，制作技术及操作难度大的缺陷，本发明提供一种结构简单合理，操作简便，波动形态完整清晰的驻波实验装置、实验方法及其应用。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种驻波实验装置，它包括可伸缩框架、起振源和旋紧钮，可伸缩框架的两端分别设置有起振源和旋紧钮，起振源与旋紧钮之间连接有水晶线，可伸缩框架上设置有起振源的一端设置有信号接线柱；

可伸缩框架由框架和伸缩管组成；

起振源由电磁螺旋管和薄铁片组成，电磁螺线管中间放置有一端固定的薄铁片。

进一步地，框架的材质为亚克力。

进一步地，薄铁片与水晶线连接。

采用上述技术方案，当向起振源中的电磁螺旋管输入不同频率的电流信号时，由于电磁感应带动薄铁片以相应的频率振动，利用薄铁片的振动带动与其相连的水晶线的振动，在起振源和旋紧钮之间形成驻波，通过调节旋紧钮达到调节水晶线的松紧，从而观察水晶线以与起振源相同频率不同振幅振动的形态。

一种利用上述驻波实验装置演示绳线上的横波运动和共振现象的驻波实验方法，包括以下步骤：

(1)取几根不同的水晶线，将其一端系在起振源上，一端固定在旋紧钮上，形成松紧可调的棉纶弦，信号接线柱上接有信号发生器；