一种教学用驻波演示仪

办公文教;装订;广告设备的制造及其产品制作工艺1.本发明涉及教学技术领域，具体为一种教学用驻波演示仪。背景技术：2.驻波是两列沿同一直线相反方向传播的相干波叠加而产生的一种特殊的波的干涉现象，通常采用进行波和反射波相互叠加的方式来实现驻波的观察。驻波是高中物理选修《机械波》部分一个相对抽象的内容，很多教师对于驻波的教学是用波的叠加原理进行理论推导，有条件的情况下再实验演示或者 flash模拟实验验证，从实际教学和调研情况来看学生学习情况不是很理想。现有的驻波演示仪有：绳驻波演示器、声驻波演示器、液体驻波演示仪、弹簧纵驻波演示仪、弦线驻波演示仪等，考虑其直接用于物理教学，都会在各方面存在相应的不足，如：仪器笨重、不易携带、操作复杂、价格昂贵、现象不明显、精确度不高等问题，因此本技术提出了一种教学用驻波演示仪。技术实现要素：3.针对现有技术的不足，本发明提供了一种教学用驻波演示仪，解决了上述背景技术中提出的问题。4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种教学用驻波演示仪，包括长直导轨，所述长直导轨的顶部安装有减速电机模块，所述长直导轨的顶部设置有滑块，所述滑块的顶部安装有红外线测距仪模块，所述长直导轨的两侧均安装有黑色支架，一个所述黑色支架的一侧设置有第一微型拉力传感器组件，所述长直导轨的一侧设置有第二微型拉力传感器组件，另一个所述黑色支架靠近滑块的一侧安装有铁钉结构，所述第一微型拉力传感器组件的一端连接有弦线，所述弦线的一端与铁钉结构相连接。5.可选的，所述红外线测距仪模块的顶部设置有夹子。6.可选的，所述第一微型拉力传感器组件与第二微型拉力传感器组件电性连接。7.可选的，所述长直导轨的一侧设置有单片机模块，所述长直导轨的一侧且位于单片机模块的一侧安装有调速器模块，所述调速器模块与减速电机模块电性连接。8.可选的，所述单片机模块与第一微型拉力传感器组件、第二微型拉力传感器组件、滑块与调速器模块电性连接。9.可选的，所述长直导轨的底部与黑色支架的一侧均设置有木块，所述长直导轨底部的木块数量为两块，所述黑色支架一侧木块的数量为一块，所述铁钉结构安装在木块的顶部。10.可选的，所述夹子夹在弦线外侧。11.本发明提供了一种教学用驻波演示仪，具备以下有益效果：12.1、该教学用驻波演示仪，通过设置有减速电机模块、弦线与第一微型拉力传感器组件，能够在课堂上演示出驻波形状时，从而能够吸引学生的注意力，因驻波本身带有非常优美的曲线条，也可让学生领略大自然的奇妙，激发其科学探究的欲望，当改变不同弦长时，学生可观察到弦线上波腹数的变化，使得学生逐渐从其中发现问题，从而吸引学生对问题进行探究。13.2、该教学用驻波演示仪，通过设置有长直导轨、黑色支架与红外线测距仪模块，使得本演示仪解决了现有的仪器笨重、不易携带、操作复杂、价格昂贵、现象不明显、精确度不高等问题，使得本演示仪方便进行教学使用，使得本演示仪方便学生观察到弦线上波腹数的变化。附图说明14.图1为本发明主视结构示意图；15.图2为本发明俯视部分结构示意图；16.图3为本发明驻波演示仪得到的波形图。17.图中：1、长直导轨；2、单片机模块；3、调速器模块；4、黑色支架；5、第一微型拉力传感器组件；6、减速电机模块；7、第二微型拉力传感器组件； 8、弦线；9、滑块；10、红外线测距仪模块；11、夹子；12、铁钉结构；13、木块。具体实施方式18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。19.请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种教学用驻波演示仪，包括长直导轨1，长直导轨1的顶部安装有减速电机模块6，长直导轨1的顶部设置有滑块9，滑块9的顶部安装有红外线测距仪模块10，长直导轨1的两侧均安装有黑色支架4，一个黑色支架4的一侧设置有第一微型拉力传感器组件5，长直导轨1的一侧设置有第二微型拉力传感器组件7，另一个黑色支架4靠近滑块9的一侧安装有铁钉结构12，第一微型拉力传感器组件5的一端连接有弦线8，弦线8的一端与铁钉结构12相连接，弦线8的颜色为彩色，长直导轨1的长度为二点五米。20.红外线测距仪模块10的顶部设置有夹子11，红外线测距仪模块10的顶部设置有直立方形铁丝，与弦线8等高，铁丝与夹子11相连接，第一微型拉力传感器组件5与第二微型拉力传感器组件7电性连接，方便对第一微型拉力传感器组件5与第二微型拉力传感器组件7进行调节，长直导轨1的一侧设置有单片机模块2，长直导轨1的一侧且位于单片机模块2的一侧安装有调速器模块3，调速器模块3与减速电机模块6电性连接，调速器模块3为大功率pwm直流电机调速器，减速电机模块6为jgb37-520霍尔编码器减速电机，单片机模块2采用stm32单片机，单片机模块2与第一微型拉力传感器组件5、第二微型拉力传感器组件7、滑块9与调速器模块3电性连接，长直导轨1的底部与黑色支架4的一侧均设置有木块13，长直导轨1底部的木块13数量为两块，黑色支架4一侧木块13的数量为一块，铁钉结构12安装在木块13的顶部，木块13的颜色为白色，夹子11夹在弦线8外侧。21.综上，该教学用驻波演示仪，使用时，首先打开第一微型拉力传感器组件5与第二微型拉力传感器组件7进行调零，再将弦线8的右端连接在铁钉结构12上，然后将弦线8的左端连接在第一微型拉力传感器组件5处，并将滑块置于远离减速电机模块6的合适位置，使用水平仪将整个装置调为水平状态，确保弦线8与长直导轨1平行，22.然后打开单片机模块2预热，等待显示屏示数稳定，再打开大功率第二微型拉力传感器组件7，调节转速至适当大小，即可看到驻波，并读取单片机模块2或者第二微型拉力传感器组件7上的转速，然后打开红外线测距仪模块10，调节长直导轨1上的滑块9位置至合适位置，测量弦长或波长，并读取示数，待第一微型拉力传感器组件5的示数较稳定时，读取示数，通过移动滑块9改变弦长，拉动弦线8来改变弦线紧张度从而改变弦线张力，多次重复实验。23.实施例一24.学生可以将实验中得到的驻波图像与实验数据结合比对，或教师借助多媒体绘图，如表格1所示：25.表格1波腹数与弦长原始数据[0026][0027][0028]教师适当引导学生关注波腹数与半波长乘积与弦长间的关系，就可从表格中看到驻波波长与其弦长之间的关系有驻波波长与其弦长之间的关系有……，归纳其通式可以得到：[0029][0030]通式与教科书选修教材中对波的干涉所描述的结果一致.学生在真实的情景中提炼出驻波产生条件的等式，学会运用科学探究方法解释生活中的现象，从而在认知上深入一层。[0031]实施例二[0032]在需要进行深入的原理探究时，由于在一根伸展的弹性弦上产生驻波为横波，其传播速度由下式决定：[0033][0034]上式中t为弦线8的张力，l为弦线8的长度，m为弦线8参与所研究驻波段的质量：[0035]根据v＝fλ，再联立(1)(2)两式，可得到：[0036][0037]上式中为形成不同波腹数下弦线8的自由振动频率。可见弦线8的自由振动频率与弦线8的质量m、张力t、弦长l以及n有关。根据弦线8密度弦线8的质量m、张力t、弦长l以及n有关。根据弦线8密度可从(3)式得到：[0038][0039]实验采取控制变量法，依次以弦线8的质量m、张力t、弦长l以及自由振动频率为变量，分别将观察到的波腹数与计算得到的波腹数作比较和装置下得到的弦线8密度与传统测量方法下得到的弦线8密度作比较，对实验结果进行分析讨论。[0040]以下举出四个试例：[0041]例1.若m＝0.000796kg、l＝1.050m是固定的，只改变弦线8张力t：[0042]表格2不同张力下的实验数据[0043][0044]此时，传统测量下的弦线8密度，是利用分析天平测量弦线8的质量[4] 和用红外线测距仪所测量弦线8的长度，经过多次测量计算来得到弦线8密度平均值为0.000758kg/m，实验中用公式(4)计算得到弦线8密度均值为： 0.000756kg/m.[0045]例2.若t＝0.980n、m＝0.000796kg、l＝1.049m是固定的，只改变弦线8自由振动频率：[0046]表格3不同自由振动频率下的实验数据[0047][0048][0049]传统测量下的弦线8密度的均值为0.000759kg/m，公式计算得到弦线8 密度均值为：0.000564kg/m。[0050]例3.若t＝1.249n、f＝50hz是固定的，改变弦长l：[0051]表格4不同弦长下的实验数据[0052][0053]传统测量下的弦线8密度的均值为0.000713kg/m，公式计算得到弦线8 密度均值为：0.000802kg/m。[0054]例4.若t＝1.421n、l＝1.049m、是固定的，只改变弦线8质量m。[0055]表格5不同质量下的实验数据[0056][0057][0058]四组实验数据中，实验中的弦线密度与传统测量下的弦线密度相对误差几乎可以忽略，且计算出来的波腹数与得到的波腹数间相近，使得本仪器精度良好，具有较高的推广价值。[0059]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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发明和简化描述，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发明的限制。[0060]此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。[0061]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0062]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!