一种驻波实验仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种驻波实验仪，该驻波实验仪包括振源、水平滑轨、水平标尺、带狭缝刀口的滑动座、弦线、弦线拉力调测机构以及波动叠加演示单元等部件。其中振源和弦线拉力调测机构均位于水平滑轨上，且分别位于水平滑轨的相对端部。本实用新型专利技术不仅能准确测量弦线张力，还能够微调弦线张力，并且能够提供波动在弦线上传播时弦线张力的实时变化曲线。本实用新型专利技术在实现弦线张力准确测试的前提下，能够满足多种物理实验的教学要求，包括验证驻波公式的实验、验证波动方程成立的条件的实验、研究不同反射机构对反射波振幅影响的对比实验以及演示两列波的叠加过程的实验等，极大丰富了物理实验教学内容。

【技术实现步骤摘要】
一种驻波实验仪
本技术涉及一种物理实验装置，特别涉及一种物理实验用驻波实验仪。
技术介绍
波动是一种常见的物质运动形式，诸如机械波、电磁波、光波等都属于波动。它们虽然在本质上并不相同，但都具有波动的共同特征，即都具有一定的传播速度，且都伴随着能量的传播，都能产生干涉和衍射等现象，而且有相似的数学表达形式。驻波是一种特殊的机械波，由振幅、频率和传播速度都相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成的一种特殊的干涉现象。目前在物理实验中广泛开设弦线驻波实验项目，目的是让学生了解和掌握弦线上形成稳定驻波的条件，并研究驻波波长、驻波频率、弦线张力、弦线密度等参量之间的关系。该实验对培养学生观察、调测、数据处理等能力以及深入理解机械波的基本原理、波的叠加和干涉等方面具有非常高的价值。各高等院校和设备制造商在驻波实验的研究方面开展了很多研究工作。例如，非专利文献1公开了一种FD-SWE-Ⅱ型弦线上驻波实验仪。该驻波实验仪利用砝码通过定滑轮提供弦线张力，调节狭缝刀口位置改变反射波的初相位以获得驻波，并且可以观察驻波现象，还能够研究波动方程中各参量的关系。然而，由于该实验仪是以砝码通过定滑轮、狭缝刀口间接获得弦线张力，在实验过程中会有额外的力作用于弦线，故砝码的重力值并不等于弦线张力，导致弦线张力测试不准确，实验数据与理论偏差较大，从而无法观察到入射波、反射波以及驻波形成过程。同类设备比如以音叉为振源的实验装置，均普遍存在上述不足。此外，专利文献1公开了一种双振源型驻波仪，该驻波仪能够演示驻波形成的过程，其原理是利用两个相同的电动机通过手持方式进行演示。该驻波仪存在如下缺陷：仪器简陋且演示时间不持久，依靠人为移动产生驻波形成过程，可重复性较差；由于结构设计缺陷，当观察者的视线位于电动机转轴的同一平面时将不能观测到驻波现象。对比文献：非专利文献1：FD-SWE-Ⅱ型弦线上驻波实验仪说明书，百度文库，2013年8月13日；专利文献1：公开号为：CN109671336A，公开日期：2019年4月23日。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种驻波实验仪，该驻波实验仪在实现弦线张力准确测试的前提下，能够同时满足多种物理实验的教学要求。本技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种驻波实验仪，包括振源、水平滑轨、水平标尺、带狭缝刀口的滑动座、弦线以及弦线拉力调测机构；振源和弦线拉力调测机构均位于水平滑轨上，且分别位于水平滑轨的相对端部；振源在水平滑轨上为固定安装，该振源的输出端有两个；弦线拉力调测机构包括基板、拉力传感器以及弦线拉力调节单元；水平滑轨上设有沿其长度方向伸展的滑槽，基板下部设有伸入滑槽的滑动块；拉力传感器有两个，且分别固定安装于基板上；每个拉力传感器对准振源的一个输出端；弦线有两根，振源的一个输出端与该输出端相对的拉力传感器通过一根弦线连接，振源的另一个输出端与该输出端相对的另一拉力传感器通过另一根弦线连接；滑槽的数量有两个，且每个滑槽分别位于一根弦线下方；弦线拉力调节单元在水平滑轨上为固定安装；该弦线拉力调节单元与由基板和两个拉力传感器组成的整体连接，且被配置为用于向由基板和两个拉力传感器组成的整体施加推力和拉力；带狭缝刀口的滑动座位于其中一个滑槽内，该滑槽上方的弦线经由狭缝刀口水平穿过；水平标尺安装于水平滑轨上，且水平标尺与弦线平行设置。优选地，振源包括电源板、控制板以及振动单元；其中，电源板通过线缆与控制板相连，电源板通过线缆与振动单元相连；振源的两个输出端连接在振动单元上。优选地，振源还包括外壳、显示屏、频率调节旋钮、幅度调节旋钮以及信号输出接口；其中，电源板、控制板以及振动单元均位于外壳内；显示屏、频率调节旋钮、幅度调节旋钮以及信号输出接口分别通过线缆连接于控制板上；在外壳上对应显示屏的位置设有安装孔，显示屏置于安装孔内；在外壳上对应频率调节旋钮和幅度调节旋钮的位置分别设有旋钮孔，频率调节旋钮和幅度调节旋钮由各自对应的旋钮孔伸出；在外壳上对应信号输出接口的位置设有通孔。优选地，带狭缝刀口的滑动座包括滑动座基板、滑动块、顶紧螺栓以及狭缝刀口板；滑动座基板为水平布置，滑动块连接于滑动座基板下表面且伸入滑槽内；狭缝刀口板垂直安装于滑动座基板的上表面，该狭缝刀口板的上部采用刀刃结构；狭缝刀口设置于狭缝刀口板的顶部边沿中间位置；在滑动座基板的边部设有螺栓孔，顶紧螺栓与该螺栓孔螺纹连接且穿过螺栓孔。优选地，弦线拉力调节单元包括传感器连接板、连接柱、调节螺栓以及安装墙板；连接柱有两个；每个拉力传感器分别通过一个连接柱固连到传感器连接板上；安装墙板与拉力传感器分别位于传感器连接板的不同侧；安装墙板固定于水平滑轨的端部；安装墙板上设有螺栓孔，调节螺栓由该螺栓孔的一端伸入且从另一端穿出；调节螺栓穿出的一端与传感器连接板相连，且用于向传感器连接板施加推力和拉力。优选地，传感器连接板上对应调节螺栓的安装位置设有轴承安装孔；调节螺栓穿出的一端表面光滑且未设置外螺纹；调节螺栓穿出的一端与传感器连接板之间通过插入轴承安装孔的轴承连接。优选地，弦线拉力调测机构还包括与每个拉力传感器对应的一组传感器采集单元；每组传感器采集单元分别包括单片机、张力显示屏以及张力信号输出接口；拉力传感器、张力显示屏以及张力信号输出接口通过信号线缆分别与单片机相连。优选地，驻波实验仪还包括波动叠加演示单元，波动叠加演示单元安装于水平滑轨上。优选地，波动叠加演示单元还包括波动信号生成电路、信号合成电路、调相电路和三路信号输出接口；定义三路信号输出接口分别为第一输出接口、第二输出接口和第三输出接口；波动信号生成电路的信号输出端分别连接至第一输出接口、信号合成电路的一个信号输入端以及调相电路的信号输入端；调相电路的信号输出端分别连接至信号合成电路的另一个信号输入端和第二输出接口；信号合成电路的信号输出端连接至第三输出接口。优选地，波动叠加演示单元还包括壳体和调相旋钮；其中，波动信号生成电路、信号合成电路以及调相电路均位于壳体内；壳体上对应三路信号输出接口的位置分别设置一个通孔；壳体上对应调相旋钮的位置设置一个旋钮孔，调相旋钮由旋钮孔向外伸出。本技术具有如下优点：如上所述，本技术提出了一种驻波实验仪，该驻波实验仪不仅能准确测量弦线张力，还能够微调弦线张力，并且能够提供波动在弦线上传播时弦线张力的实时变化曲线。本技术在实现弦线张力准确测试的前提下，能够满足多种物理实验的教学要求，包括验证驻波公式的实验、验证波动方程成立的条件的实验、研究不同反射机构对反射波振幅影响的对比实验以及演示两列波的叠加过程的实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种驻波实验仪，其特征在于，包括：/n振源、水平滑轨、水平标尺、带狭缝刀口的滑动座、弦线以及弦线拉力调测机构；振源和弦线拉力调测机构均位于所述水平滑轨上，且分别位于水平滑轨的相对端部；/n振源在水平滑轨上为固定安装，该振源的输出端有两个；/n所述弦线拉力调测机构包括基板、拉力传感器以及弦线拉力调节单元；/n所述水平滑轨上设有沿其长度方向伸展的滑槽，基板下部设有伸入所述滑槽的滑动块；/n所述拉力传感器有两个，且分别固定安装于所述基板上；/n每个拉力传感器对准所述振源的一个输出端；/n所述弦线有两根，振源的一个输出端与该输出端相对的拉力传感器通过一根所述弦线连接，振源的另一个输出端与该输出端相对的另一拉力传感器通过另一根所述弦线连接；/n所述滑槽的数量有两个，且每个所述滑槽分别位于一根所述弦线下方；/n所述弦线拉力调节单元在水平滑轨上为固定安装；/n该弦线拉力调节单元与由基板和两个拉力传感器组成的整体连接，且被配置为用于向由基板和两个拉力传感器组成的整体施加推力和拉力；/n带狭缝刀口的滑动座位于其中一个滑槽内，该滑槽上方的弦线经由狭缝刀口水平穿过；/n所述水平标尺安装于水平滑轨上，且水平标尺与所述弦线平行设置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种驻波实验仪，其特征在于，包括：
振源、水平滑轨、水平标尺、带狭缝刀口的滑动座、弦线以及弦线拉力调测机构；振源和弦线拉力调测机构均位于所述水平滑轨上，且分别位于水平滑轨的相对端部；
振源在水平滑轨上为固定安装，该振源的输出端有两个；
所述弦线拉力调测机构包括基板、拉力传感器以及弦线拉力调节单元；
所述水平滑轨上设有沿其长度方向伸展的滑槽，基板下部设有伸入所述滑槽的滑动块；
所述拉力传感器有两个，且分别固定安装于所述基板上；
每个拉力传感器对准所述振源的一个输出端；
所述弦线有两根，振源的一个输出端与该输出端相对的拉力传感器通过一根所述弦线连接，振源的另一个输出端与该输出端相对的另一拉力传感器通过另一根所述弦线连接；
所述滑槽的数量有两个，且每个所述滑槽分别位于一根所述弦线下方；
所述弦线拉力调节单元在水平滑轨上为固定安装；
该弦线拉力调节单元与由基板和两个拉力传感器组成的整体连接，且被配置为用于向由基板和两个拉力传感器组成的整体施加推力和拉力；
带狭缝刀口的滑动座位于其中一个滑槽内，该滑槽上方的弦线经由狭缝刀口水平穿过；
所述水平标尺安装于水平滑轨上，且水平标尺与所述弦线平行设置。


2.根据权利要求1所述的驻波实验仪，其特征在于，
所述振源包括电源板、控制板以及振动单元；
其中，所述电源板通过线缆与控制板相连，所述电源板通过线缆与所述振动单元相连；
所述振源的两个输出端连接在所述振动单元上。


3.根据权利要求2所述的驻波实验仪，其特征在于，
所述振源还包括外壳、显示屏、频率调节旋钮、幅度调节旋钮以及信号输出接口；
其中，所述电源板、控制板以及振动单元均位于外壳内；所述显示屏、频率调节旋钮、幅度调节旋钮以及信号输出接口分别通过线缆连接于控制板上；
在外壳上对应显示屏的位置设有安装孔，显示屏置于所述安装孔内；
在外壳上对应频率调节旋钮和幅度调节旋钮的位置分别设有旋钮孔，频率调节旋钮和幅度调节旋钮由各自对应的旋钮孔伸出；在外壳上对应信号输出接口的位置设有通孔。


4.根据权利要求1所述的驻波实验仪，其特征在于，
所述带狭缝刀口的滑动座包括滑动座基板、滑动块、顶紧螺栓以及狭缝刀口板；滑动座基板为水平布置，滑动块连接于所述滑动座基板下表面且伸入所述滑槽内；
狭缝刀口板垂直安装于所述滑动座基板的上表面，该狭缝刀口板的上部采用刀刃结构；
所述狭缝刀口设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：代坤，梁润泽，李欢，张佳琪，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：山东;37