2024年4月24日发(作者：)

一种基于LED点阵显示屏的横波模拟器的做法

普通高中物理教科书对机械振动提出明确的要求，其中横波的产生机制、传播过程、传

播特性以及相关物理量都是学生必须掌握的内容。但在物理课堂教学中，要实现在课堂上演

示横波较为困难，无法达到较好的演示效果。例如，发波水槽，由于只能在水平面内产生和

持续，导致了其可视角度小，观察效果不佳。另外一款现有的横波模拟器，异常笨重，且只

能演示横纵波的产生机制和传播特点，功能较为单一。鉴于以上原因和教学实际，提出一种

用LED点阵显示屏显示，用89C51单片机控制的横波模拟器，用于实际教学，效果很好。

现将该模拟器的制作原理、材料和制作过程介绍如下，与各位同好分享。

一、 模拟器的特点及用途

1、 特点：本模拟器用51单片机控制高亮LED显示屏，产生各种图形来模拟以绳波为

典型的横波。具有形象、直观的特点，可使横波的教学简单化、形象化。给学生认

识横波的本质和特点，提供一个思维的空间。

2、 用途：本模拟器可以模拟以下效果

（1） 显示波源和平衡位置

（2） 显示单一波源的振动（向学生解释，一条绳子上不可能只有波源在振动而

其他的地方都不动）

（3） 演示质点间的带动关系。

（4） 演示各质点初始振动方向与波源的起振方向相同。

（5） 演示波上的质点在波传播过程，只在垂直于传播方向的平衡位置附近做往

复运动，而不随波迁移。

（6） 演示传播中的同相和反相。

（7） 演示波长、半波长，传播方向。

（8） 演示微平移和波传播方向与质点振动方向的相互判断。

（9） 等等。

二、 制作材料

蓝色高亮LED400个

绿色高亮LED13个

红蓝双色高亮LED26个

铝塑板约24cm*42cm 三片

薄三合板24cm*42cm一片

双槽铝合金条约2米

89c51单片机一个

1k电阻、4.7k电阻、9014三极管、接线柱、晶振、电容、排线若干

万用板3块

1.2寸PVC管一段（24cm）

4开面板开关一个

按钮2个

2mm有机玻璃板一块（24cm*42cm）

自攻螺丝若干

三、 制作方法

1、 在铝塑板上以0.7cm，1.0cm，1.6cm，1.8cm，1.9cm ，2.1cm，1.9cm，1.8cm，1.6cm，

1.0cm，0.7cm 的间距，用5mm的转头成排打孔，共40列13排。装上5mm高亮

LED。如图1 所示。

图1

2、 将排列好的LED用铜线焊成行列式点阵，如图2。注：请参考led点阵的连接方法

图2

3、 将焊接好的显示屏用双槽铝合金条做边框固定。如图3所示

图3