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一种教学用音叉共振实验设备的制作方法

2021-12-18 10:35:00 来源:中国专利 TAG:


1.本实用新型涉及物理学实验设备领域,特别涉及一种教学用音叉共振实验设备。


背景技术:

2.在教学共振现象时中,教师一般使用多个音叉来演示共振实验,实验时取一个固定频率的音叉作为在共振音叉,再取多个不同频率的音叉作为激发音叉,从而得以向学生演示,只有当共振音叉和激发音叉的固有频率相同时,敲击激发音叉才会激发共振现象使共振音叉达到最大振幅的共振效果,而其余的固有频率差距较大的音叉则不会引发此类现象,通过这种对比便能够让学生深刻且直观地理解共振现象,亦可由学生自行操作感受。但是由于当代学校中的教室普遍较大,且音叉发出纯音的响度较小,共振现象不足够明显,不便于向整个教室的学生清晰地展示共振现象。


技术实现要素:

3.本实用新型提供了一种教学用音叉共振实验设备,能够在保持背景技术中提出的现有实验流程与教学思路不发生变化的前提下,利用丁达尔效应和视觉暂留现象更好地展示共振现象。
4.为此,本实用新型提供了一种教学用音叉共振实验设备,包括:
5.共振音叉,其一侧叉臂上连接有反射部件;
6.箱体,其左侧开设有激光窗口,且所述激光窗口设有透明膜,所述透明膜用于密封住激光窗口,所述箱体的内侧连接有左反射镜与右反射镜;
7.激光组件,设于箱体内部,所述激光组件包括:支座,连接于箱体内侧;角度调节组件,设于支座上,角度调节组件包括操作端,所述操作端位于箱体外;激光笔,连接于角度调节组件上;
8.雾化器,设于箱体内部;
9.高度调节组件,设于箱体上,用于调节箱体高度。
10.所述反射部件包括:镜面铝箔,连接于共振音叉的一侧叉臂的顶端。
11.所述角度调节组件包括:第一通孔,开设于所述支座上;第二通孔,开设于所述箱体侧壁上;活动转轴,穿入第一通孔与第二通孔,活动转载活动连接于第一通孔与第二通孔,所述激光笔固定连接于活动转轴上开关机构,所述活动转轴位于箱体外的一端固定连接有转扭与锁定机构,所述转钮作为所述操作端,所述锁定机构用于锁定转扭使其无法转动。
12.所述第二通孔内设有密封轴承,所述转轴通过密封轴承与第二通孔活动连接。
13.所述雾化器包括:储液部,内部储存有雾化液;雾化器本体,用于蒸发并雾化雾化液;抽气装置,通过抽气管与雾化器本体连接,用于将雾化后的雾化液抽出并释放入箱体内部。
14.所述雾化液使用丙二醇制作。
15.所述抽气装置设有多个,各抽气装置均通过抽气管与雾化器本体连接,且各所述抽气装置的位置位于箱体内侧的顶部。
16.高度调节机构包括:底座,上表面开设有凹槽,且凹槽的一侧透过底座开设有操作窗口;转轮,活动连接于凹槽内,且转轮的轴线垂直于凹槽内底面,所述转轮能够绕其轴线在凹槽内旋转;丝杆,竖直地固定连接于转轮上表面;螺孔,开设于箱体的外侧底面上,所述丝杆螺纹连接于螺孔内。
17.所述高度调节机构还包括:固定板,所述固定板呈竖立状态,通过连接部连接于底座上,固定板的一表面上开设有竖直的限位滑动槽,箱体的一侧沿竖直方向滑动连接于限位滑动槽内。
18.本实用新型的有益效果:
19.本实用新型提供了一种教学用音叉共振实验设备,在利用丁达尔效应与视觉暂留现象来展示共振音叉的振动的前提下,本实用新型还设置了高度调节组件与角度调节组件,用于调节箱体高度和激光的光路的角度,二者配合调节下,能够让激光能够被正确反射回箱体内形成光路,在这种保证箱体密封的同时能够进行调节的基础上,才能够将共振音叉设置于箱体外侧,便于更换不同频率的激发音叉,能够更方便地向学生演示共振现象,且便于学生亲自尝试与操作,加深学生对共振现象的理解。
附图说明
20.图1为本实用新型整体结构主视图;
21.图2为本实用高度调节组件细节主视剖面图;
22.图3为本实用激光组件细节侧视剖面图。
23.附图标记说明:
24.1、共振音叉;2、反射部件;3、箱体;4、透明膜;5、左反射镜;6、右反射镜;7、支座;8、激光笔;9、雾化器;10、活动转轴;11、转钮;12、密封轴承;13、抽气装置;14、底座;15、转轮;16、丝杆;17、固定板。
具体实施方式
25.下面结合附图,对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述,但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
26.在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型的技术方案和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.结合图1至图3所示,一种教学用音叉共振实验设备,包括:共振音叉1、反射部件2、箱体3、透明膜4、左反射镜5、右反射镜6、激光组件雾化器9以及高度调节组件,其中共振音叉1其一侧叉臂上连接有反射部件2,反射部件2能够镜面反射光线,共振音叉1则作为音叉共振实验中的被其他音叉的振动激发共振的目标音叉,在实验中可以用数个不同频率的音叉在其附近振动,用于向学生演示,只有当外界频率与共振音叉1的固有频率一致时,才会
引发其共振现象;箱体3的左侧壁开设有激光窗口,且其前壁为透明材料制作,所述激光窗口设有透明膜4,所述透明膜4用于密封住激光窗口,所述箱体3的内侧连接有左反射镜5与右反射镜6;激光组件设于箱体3内部,所述激光组件包括:支座7、角度调节组件以及激光笔8,其中支座7连接于箱体3内侧;角度调节组件设于支座7上;激光笔8为红宝石激光发射笔,其杆部连接于角度调节组件上,可以调节其与水平面之间的角度,从而使激光得以穿过透明膜4从激光窗口中射向反射部件2。而这之后,反射部件2上反射回的激光亦能穿过激光窗口射回箱体内部,并在左反射镜5与右反射镜6之间进行多次反射;雾化器9设于箱体3内部,能够将雾化液雾化并释放入箱体3内部,使箱体3内部充斥气溶胶雾气,在气溶胶中激光会因为丁达尔效应而显示出其光路,当连接有反射部件2的共振音叉1的叉臂因共振而运动时,激光的光束会因为反射角的变化而发生高频晃动,又因为人类视觉认知上的视觉暂留(persistence of vision)现象,因丁达尔效应所展示出高频晃动的激光光路会被认知为一片明显扇状的发光区域,即便共振音叉1的振幅微小,第一束从反射部件2反射回箱体3内的激光光路因晃动产生的发光区域并不明晰,但是经过左反射镜5与右反射镜6之间进行多次反射,扇状的发光区域面积会在每一次反射后扩大,从而增加了其辨识度,将微小的振幅以明确清晰的形式展示于学生面前;又因为本实用新型中的共振音叉1以及其他的用于激发的音叉均位于箱体外侧,因此便于更换激发音叉,能够更方便地向学生演示,只有同一固有频率的音叉才能够引发共振现象,且音叉位于箱体3外的设置也便于学生亲自尝试与操作;但由于共振音叉1以及其他的用于激发的音叉均位于箱体外侧,其位置容易发生变动,因此,本实用新型还设置了高度调节组件,设于箱体3上用于调节箱体3高度,配合角度调节组件的调节,让激光能够被正确反射回箱体3内形成可视光路。激光笔8与雾化器9均电性连接有相应的电源模块与控制开关,由于此类设置属常见现有技术,故不在此赘述。
28.进一步地,由于物体的固有频率与其质量、形状、材质等固有特性相关,因此在共振音叉1叉臂上连接的反射部件应当尽量减少对共振音叉1固有特性的改变,因此反射部件2为镜面铝箔,其质量、尺寸、厚度较小,连接于共振音叉1上形成的整体均不会与共振音叉1本身产生明显差距,且能够提供较好的镜面反射效果。
29.进一步地,所述角度调节组件包括:第一通孔开设于所述支座7上;第二通孔开设于所述箱体3侧壁上;活动转轴10穿入第一通孔与第二通孔,活动转载活动连接于第一通孔与第二通孔,所述激光笔8固定连接于活动转轴10上开关机构,所述活动转轴10位于箱体外的一端固定连接有转钮11与锁定机构,所述锁定机构用于锁定转钮11使其无法转动,锁定机构包括:弹性凸点与多个限位凹槽,其中弹性凸点设于箱体3的外侧壁上,而多个限位凹槽则沿周向均匀布设在转钮11与箱体3相对的侧表面上,停止转动转钮11时,弹性凸点会落入限位凹槽之中实现锁定功能,而后克服弹性凸点弹力便可以继续转动转钮11,由于此类限位机构均属于现有技术,因此在此处提供了一种实施方式,而本实用新型实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
30.进一步地,由于箱体3内在使用时充斥有雾气,为避免其泄露,在第二通孔内设有密封轴承12,所述转轴通过密封轴承12与第二通孔活动连接。
31.进一步地,所述雾化器9包括:储液部内部储存有雾化液;雾化器9本体用于蒸发并雾化雾化液;抽气装置13通过抽气管与雾化器9本体连接,用于将雾化后的雾化液抽出并释放入箱体3内部,可以使用小型轴流风机作为抽气装置13,加快雾气在箱体3内部的充盈速
度,待箱体3内部充盈雾气,即可将其关闭。
32.进一步地,所述雾化液使用丙二醇制作,丙二醇其产生的雾气不易消散,且其液态微粒直径适宜,形成的气溶胶能够很好地展示丁达尔效应。
33.进一步地,所述抽气装置13设有多个,各抽气装置13均通过抽气管与雾化器9本体连接,且各所述抽气装置13的位置位于箱体3内侧的顶部,用于加快雾气在箱体3内部的充盈速度。
34.进一步地,高度调节机构包括:底座14上表面开设有凹槽,且凹槽的一侧透过底座14开设有操作窗口;转轮15活动连接于凹槽内,且转轮15的轴线垂直于凹槽内底面,所述转轮15能够绕其轴线在凹槽内旋转;丝杆16竖直地固定连接于转轮15上表面;螺孔开设于箱体3的外侧底面上,所述丝杆16螺纹连接于螺孔内,使用时只需要通过操作窗口转动转轮15,使其带动丝杆16在螺孔内旋进或旋出,即可改变丝杆16在螺孔内的长度,从而改变箱体3的整体高度,所述转轮15的外侧面上做滚花处理,以增加其表面摩擦力便于使用者摩擦使其转动。
35.进一步地,由于使用上述方式时会产生箱体3的旋转,因此需要人手辅助固定;为了减少操作的繁琐程度,所述高度调节机构还包括:一个或多个固定板17,所述固定板17呈竖立状态,通过连接部连接于底座14上,固定板17的一表面上开设有竖直的限位滑动槽,箱体的一侧沿竖直方向滑动连接于限位滑动槽内,这样便可以在不影响箱体3上下运动的同时避免其转动。
36.本实用新型的使用方法:
37.在使用该教学用音叉共振实验设备时,先将共振音叉1摆放于适当的位置,再通过高度调节组件调节箱体3高度,配合角度调节组件的调节,打开激光笔8,使激光得以穿过透明膜4从激光窗口中射向反射部件2,反射部件2上反射回的激光穿过激光窗口射回箱体内部。此时开启雾化器9,将雾化液雾化并释放入箱体3内部,使箱体3内部充斥气溶胶雾气,在雾气中的激光会因丁达尔效应展现其光路。观察射回箱体内部的激光光路,进一步微调高度调节组件与角度调节组件,使返回箱体3内部的激光在左反射镜5与右反射镜6之间进行多次反射。在实验中,教师用数个不同频率的音叉在共振音叉1附近振动,用于向学生演示只有当外界频率与共振音叉1的固有频率一致时,才会引发其共振现象,而外界频率与共振音叉1的固有频率不一致时,共振音叉1不发生共振。当连接有反射部件2的共振音叉1的叉臂因共振而运动时,激光的光束会因为反射角的变化而发生高频晃动,又因为视觉暂留现象,丁达尔效应所展示出高频晃动的激光光路会被认知为一片明显扇状的发光区域。即便共振音叉1的振幅微小,第一束从反射部件2反射回箱体3内的激光光路因晃动产生的发光区域并不明晰,但是经过左反射镜5与右反射镜6之间进行多次反射,扇状的发光区域面积会在每一次反射后扩大,从而增加了其辨识度,将微小的振幅以明确清晰的形式展示于学生面前。
38.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例,但是,本实用新型实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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