轉鼓式單擺簡諧運動圖像演示器

蔣煌延

項目研制背景

簡諧運動（亦稱簡諧振動），是最基本、最簡單的機械振動，弄清簡諧運動的規律對進一步學習機械波、交流電、電磁波等具有非常重要的意義，簡諧運動的圖像描述是高中物理的重點知識之一。現行高中物理教材大多選用單擺簡諧運動圖像的演示實驗。

由于沒有實用可靠的實驗儀器，現行教材大多采用沙擺、墨水擺等需自行組裝的裝置，應該說是無奈的選擇。物理教學及實驗人員從未間斷對單擺簡諧運動圖像演示儀器的研制，各種各樣的演示方法及裝置，經常發表和出現在相關的學術期刊或專利文獻中。這些研制結果一般都有操作控制難度大、繪制的圖形不規整、圖像的可視性差、裝置運行的故障率高等缺陷，離實用、好用的標準尚存在很大差距。

項目基本原理

現行教材是從運動學角度定義簡諧運動，把物體運動時位移與時間的關系遵從正弦函數規律的振動稱為簡諧運動。也可以說，簡諧運動的圖像是一條正弦（或余弦）曲線，這一圖像直觀地表示了作簡諧運動物體的位移隨時問按正弦（或余弦）規律變化。單擺振動可看作是簡諧運動的條件是最大擺角a<5°。

轉鼓式走帶機構是本項目最重要的創新設計之一，其設計基本原理是：若使繪圖面的速度方向與單擺擺動面互相垂直，仍可滿足單擺簡諧運動圖像繪制的必要條件，因此能夠以“轉鼓”的轉動式走帶替代現行通用的平移式走帶。

技術現……