本技术属于教学演示用具，尤其涉及一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪。
背景技术：
1、共振现象是指一个物理系统在特定频率和波长下，振幅较其他频率和波长更大的振动现象，是物理学中的专业术语。该现象在生活中有广泛应用，如弦乐器的声共振现象、微波炉加热食物、地震仪、收音机的调谐等。
2、目前，业内常用的现有技术是这样的：在共振现象的中学物理教学中，教师普遍使用细线或横杆挂载单摆来演示共振现象。具体为，教师通过拨动其中一个摆球来演示共振现象，使其他摆长不同的摆球跟随振动，其中与拨动摆长相同的摆球表现出最大振幅。然而，随着时间的推移，各个摆球之间会相互影响，导致摆球可能会发生碰撞，影响实验的持续演示。另外，该装置实际上是一种耦合振动系统，导致能量在各个单摆之间不断交换。在该实验装置中，细线或横杆的频率不仅与驱动摆球的振动频率相关，还受到各个从动摆球的影响，最终导致等长摆的振动幅度不再显著，使得共振现象不易观察。
3、综上所述，现有技术无法持续显著地展示共振现象，不利于学生准确理解共振的概念，实验的科学性和可视性仍有待进一步提升。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，提供一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪，能够形象直观的准确展示在不同驱动频率下的共振现象。
2、本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
3、本实用新型的共振现象演示仪器，包括：方形底座、音频信号调节系统、振动传动系统和激光测量系统。
4、所述方形底座，是整个仪器装置的支撑底座，其用于固定安装音频信号驱动系统、用于连接振动传动系统、用于固定开关、音频信号源输入端口、功率调节旋钮辅助零件。
5、所述音频信号调节系统，其设置在方形底座内部，其包括变压器、音频处理器、功率放大器和扬声器。
6、所述振动传动系统，其设置在方形底座的上方，其包括传动杆、振动球和振动细杆。所述振动细杆，其固定在木质振动球表面，它由五种不同长度的碳纤维棒构成，其固定于振动球的不同位置。
7、所述激光测量系统，其作为拓展实验装置，其包括平面镜、激光器和刻度尺。所述平面镜用螺钉固定于塑料瓶盖上，塑料瓶盖拧紧到扬声器的塑料瓶嘴上。平面镜会在扬声器驱动下做垂直振动，当激光光点照射到平面镜表面后，反射光点投影到刻度尺上，并通过刻度尺准确测量激光光点的振动幅度，从而实现定量测量物体振动的振幅随频率的变化关系。
8、作为优选，所述方形底座由六块白色的pvc板构成，在底座内部的底板上固定变压器、音频处理器和功率放大器，底座的正面开孔并安装电源开关、功率调节旋钮和音频输入端口，底座的上面面板有一个圆形孔，用于安装扬声器。音频信号可由任意带有播放音乐的智能设备提供，如手机、平板、电脑、mp3等。从智能设备输入的音频信号经过功率放大器后，输送到扬声器中，可以实现声音信号的振动。
9、作为优选，所述振动传动系统中的传动杆和扬声器通过一个可拆卸式固定器连接，可拆卸式固定器由一个塑料瓶嘴和瓶盖构成，塑料瓶嘴经过打磨后用ab胶固定于扬声器中央的鼓膜上，瓶盖用螺钉与传动杆紧密固定在一起。所述振动传动系统中的传动杆与振动球用双头螺钉刚性连接在一起，便于及时更换不同直径的振动球。振动球由轻质木球构成。
10、作为优选，所述振动细杆是振动演示实验仪器的显示部分，其固定于振动球面上。为了便于直观地对比振动细杆末端的振动幅度变化，将相同长度的碳纤维棒涂上相同颜色的荧光漆，并将其插入到木质振动球的同一纬度线的细孔中。木质振动球的直径为60mm，其球面纬度每间隔30°的高度且经度每间隔30°，钻一系列深度为5 mm、直径为1 mm的小孔，且每个小孔都是都指向木质小球球心。
11、本实用新型至少保证以下有益效果：
12、1.结构牢固，取材方便，仪器易于操作。本实验装置的各个连接部分通过螺栓连接，拆卸方便，可靠性高；所用材料来源于生活中的常见材料，取材方便；实验操作简单，有助于教学现场的操作和演示。
13、2.实验现象直观，效果好。通过观察振动细杆末端的摆动幅度来判断共振现象，形象直观，便于学生直观理解振动原理。
14、3.频率连续可调，可进行定量研究。由于本装置的声音信号通过外接智能设备输入，可以实现输入信号频率的连续调节，可以定量研究金属细杆长度和输入信号频率的关系。
15、4.输出功率连续可调，适用于不同实验的演示。根据实验者的使用条件和搭配配件，选择不同功率的振动信号输出，从而实现不同的功能。
16、5.可实现多功能，拓展装置的适用范围。若将传动杆换成平面镜就能定量测量共振振动曲线，即定量测量物体振动的振幅随频率的变化关系。将音频信号作为输入源信号时，可进一步通过该共振仪器实现声音的可视化，提升了仪器的灵活性和实用性。
17、6.实验演示成功率高。本实验装置的传动细杆通过螺钉直接固定，动力传递效率高，具有较高的稳定性。替代摆球的振动元件，通过外接数字信号系统确保了共振现象的持续演示。
18、7.声音的可视化：通过物理中共振的知识实现了声音的立体可视化。这种创新性的可视化手段使得观看者能够更直观地认识声音，能够深入领会共振现象的本质和拓展应用，从而更全面地理解应用共振知识。这样的互动式学习体验能够有效提升学生对物理实验的兴趣和探索精神，为未来的科学研究和学科深造奠定坚实基础。
1.一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪，其特征在于，包括：方形底座、音频信号调节系统、振动传动系统和激光测量系统；方形底座是整个仪器的支撑底座，用于提供持续和可调的振动；音频信号调节系统设置在底座内部，用于改变音频振动信号的输出功率和频率，由变压器、音频处理器、功率放大器和扬声器构成；振动传动系统，其设置在方形底座的上方，常和所述音频信号调节系统中的扬声器连接，其包括传动杆、振动球、振动细杆；激光测量系统属于该演示仪拓展功能的实验装置，利用光放大法定量测量物体的振动幅度随频率的振动曲线，其包括平面镜、激光器和刻度尺。
2.根据权利要求1所述的一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪，其特征在于：所述方形底座，是整个仪器装置的支撑底座，正面用于固定开关、音频信号源输入端口、功率调节旋钮辅助零件；上表面设置有圆形孔，用于固定扬声器；内部用于固定变压器、音频处理器、功率放大器。
3.根据权利要求1所述的一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪，其特征在于：所述音频信号调节系统可将音频信号实现连续可调的功能；将外接的音频信号经过内部的音频处理器和功率放大器处理后，音频信号通过扬声器对外输出，实现对共振驱动力进行精准控制，最终实现音频信号频率的定量控制和显示。
4. 根据权利要求1所述的一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪，其特征在于：所述振动传动系统用于传递音频振动信号，用所述传动杆将扬声器发出的音频振动传递给球形木质振动球，实现振动球表面的振动细杆出现不同振动幅度；所述振动球球面的纬度每间隔30度的高度处，其经度每间隔30度钻有深度为5 mm，直径为1 mm的小孔，且所述小孔都是都指向振动球的球心，所述振动球的每个小孔用于安装不同长度的振动细杆。
5.根据权利要求1所述的一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪，其特征在于：所述激光测量系统作为拓展实验装置，能够测量振动信号幅度随输入频率的振动曲线；将平面镜固定到扬声器上，平面镜会在音频振动信号的驱动下做垂直振动，当激光光点照射到平面镜表面后，反射光点投影到刻度尺上，采用光放大法测量反射光点的移动距离；最终，通过刻度尺精确测量激光光点的振动幅度，以获取振动信号在不同频率下的幅度变化情况，进而绘制出共振的振动曲线。
6.根据权利要求1所述的一种频率和功率均可调节的共振现象演示仪，其特征在于：所述振动传动系统和所述激光测量系统可通过拧动瓶盖来实现快捷装卸和切换；用ab胶将打磨平整后的饮料瓶嘴固定在扬声器中心位置，通过拧动与饮料瓶嘴匹配的瓶盖来实现这两个不同系统之间的快速安装和拆卸。
