水波實驗演示器的製作方法
2023-05-26 08:45:11 1
專利名稱：水波實驗演示器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及水波演示實驗的儀器，特別利用脈動氣源作為水波振源的水波實驗演示器。
機械振動和機械波是現代物理的重要基礎理論之一，是中學課程中的難點。需將波的物理現象顯現出來，以便直觀地觀察研究。目前列入全國教學儀器目錄(中學部分)中，編號J2208，名為發波水槽的儀器，其波源是用振動杆端的小球直擊水面產生水波，水面形成的波形雜亂，顯現的圖像很不清晰，另外其振動頻率不易按需調節。
本實用新型之目的是給出一種利用脈動氣源作為振源在水面產生水波，並將其清晰地顯示的水波實驗演示器。
所述的水波實驗演示器在透明水盤上方安裝噴口正對水面的噴咀，其由導管與單程排氣的往復泵連接。透明水盤一方(上方或下方)固定光源和由電動機帶動的有缺口的遮光片構成的頻閃裝置，透明水盤的與光源位置相反的另一方傾斜固定反光鏡，其前面固定磨砂玻璃作為顯示屏。
本實用新型採用單程排氣的往復泵，使氣體斷續吹擊水面為水波振源，適當調節波幅就不會在水面引起雜波。水盤一方的光源通過已產生水波的水面和水盤射向反光鏡再反射到顯示屏上顯現水波的圖樣。由於水面沒有雜波，顯示的水波條紋特點清晰。因往復泵的往復頻率易調節，使水波振源的頻率連續可調；因電動機轉速易調節，其帶動遮光片遮擋光源而得到的頻閃光源的頻率也連續可調。即振動頻率和閃光頻率的匹配可有三種選擇同步、異步和恆定。噴咀亦可根據實驗需要選擇單噴咀或雙頭噴咀。選用單噴咀並選擇恆定光源可作波長、波速、頻率的關係；波的傳播；波的反射、衍射、折射和都卜勒效應實驗。選用兩個並列相通的雙頭噴咀，可作波的幹涉實驗，水面的兩個振點頻率完全相同，當選擇波頻與閃頻不等時，即異步，顯示屏上水波的幹涉條紋將移動，如閃頻大于波頻，明暗條紋向波源移動，反之背離波源移動。當選擇閃頻與波頻相等，即同步。明暗條紋不移動，可在顯示屏上得到非常穩定的被「凝固」的圖樣，以便教學、觀察研究。
圖1，上光源的水波實驗演示器立體圖；圖2，下光源的水波實驗演示器立體圖；圖3，光源轉換的局部結構圖。
實施例一、透明水盤1上方安裝噴咀2，其噴口正對水面，可據實驗之需更換單噴咀或雙頭噴咀。由導管8將噴咀2與往復泵6連接，透明水盤1上方固定光源盒7，往復泵6裝在光源盒7中，該泵類似於家用水族箱的加氧泵，其是電源驅動一個撥杆撥動皮碗往復運動，像打氣筒一樣單程排氣而產生脈動氣源。光源盒7中裝有光源3，由步進電機4帶動有缺口的遮光片5轉動，光線僅能透過遮光片5的缺口射向水盤1而形成頻閃光源。本機裝有兩套相同的常規脈衝電源。如步進電機4和往復泵6共同一個脈衝電源的信號，則波頻和閃頻嚴格保持同步，可得到被「凝固」的圖樣。如電動機4和往復泵6分別各用一個脈衝電源，則可調節，使波頻、閃頻異步。如切斷電動機4電源使遮光片5的缺口正對光源3，可得到恆定光源。水盤1下斜置反光鏡9，其前面垂直固定磨砂玻璃作為顯示屏10，光線透過水盤1射向反光鏡9並反射到顯示屏10上形成波的圖樣。
實施例二、參看圖2、圖3。
透明水盤1下方固定光源盒7，斜置的反光鏡9和豎直的磨砂玻璃顯示屏10，固定在水盤1上方，其頻閃裝置為一個可在光源盒7中橫向移動的滑板13，滑板13中部有一凹口兩側各固定一個電動機4並帶有遮光片5、11。滑板13的移動可使一個遮光片5或11遮擋光源3，或使兩個遮光片5、11，均不遮擋光源3。其中一個遮光片5上下兩側裝有光電門12，該遮光片5的一個缺口對正光源3時另一缺口對正光電門12，光電門12產生的脈衝信號驅動往復泵6，用該遮光片5時可保持波頻、閃頻同步。採用另一遮光片11遮擋光源3僅調節帶動該遮光片的電動機4的轉速，就可得到大於或小于波頻的頻閃光源。當兩個遮光片5、11均不遮擋光源3時，可得到恆定連續的光源。其餘與實施例一相同。若使用單噴咀2可作波的傳播，波長和波頻關係的實驗演示。在水盤1中置入擋板可演示水波的反射和衍射。若水盤1中置入若干透明板使水盤中形成深淺不同的若干區域，可作波的折射，若用手持單噴咀使噴咀靠近並沿著水面平移，可演示都卜勒效應。
權利要求1.水波實驗演示器，有透明水盤1和控制電路。其特徵在於透明水盤1上方安裝噴口正對水面的噴咀2，其由導管8與單程排氣的往復泵6連接，透明水盤1的一方固定光源3和由電動機4帶動的有缺口的遮光片5構成頻閃裝置，透明水盤1的與光源3位置相反的另一方傾斜固定反光鏡9，其前面固定磨砂玻璃作為顯示屏10。
2.按權利要求1所述的水波實驗演示器，其特徵在於頻閃裝置為一個可在光源盒7中橫向移動的滑板13，其中部凹口兩側各固定一個電動機4並帶有遮光片5、11，滑板13的移動可使一個遮光片5或11遮擋光源3或者使兩個遮光片5、11均不遮擋光源3，其中一個遮光片5或11上下兩側裝有光電門12，該遮光片的一個缺口對正光源3時，另一缺口對正光電門12，光電門12產生的脈衝信號驅動往復泵6。
專利摘要水波實驗演示器，其水盤上安裝與單程排氣的往復泵相連的噴嘴，其噴口正對水面由脈衝氣源在水面產生水波，水盤一方裝有光源和電機帶動的遮光片構成的頻閃光源，水盤另一方斜置反光鏡，豎直裝顯示屏，光源的光線透過形成水波的水面，再由反光鏡反射到顯示屏上，所得到的波形特別清晰穩定。
文檔編號G09B23/00GK2144331SQ9223994
公開日1993年10月20日 申請日期1992年11月5日 優先權日1992年11月5日
發明者吳澧陽 申請人:吳澧陽