CN103544868A - 平抛分解演示实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平抛分解演示实验装置，包括上、下竖板，连接上、下竖板的高低伸缩杆，固定在上竖板上的平抛运动导轨以及水平运动导轨和底座，还包括光电传感器装置、电磁线圈装置、显示屏控制面板及水平、平抛、竖直运动定位与其感应器，并通过线电处理，还可通过位移传感器随时反馈到显示屏控制面板上显示平抛运动及另外在水平、竖直方向上两个运动即三者各自的运动时间及相应位移(高度与水平方向位移)，另外其所有位移数据还从本仪的相应区域上面予以直接读出；该装置能够任意地将三者运动分别各自进行地实体过程展示实验与实景探究操作(实验真像化)，并瞬时或随时相应地数字化予以准确测量，以达至充分整合来探究解析平抛的实验方法及装置。

Description

平抛分解演示实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及一种教学演示教具，特别是平抛分解演示实验装置及其实验方法。

背景技术

目前演示仪的技术水平：第一种平抛竖落仪只是比较平抛与竖落两者运动，严重缺乏其中一种匀速运动予以同时比较实验，并且比较方法采用比较声音方式而显得极为不稳定与不明显等不良方法；第二种仪器要么只是将上述运动过程中的某一瞬时状态予以捕捉与相应记下痕迹，该所得实验过程结果是较为真实可信的。但其实验结果准确度较低，且实验后续的探究与处理较为繁琐等诸多不合理的实验弱点；第三种仪器要么只是采用了光电传感器来探测该运动的某一状态时间，但另外相应的运动位移则无法有效直接地予以捕捉及其测量，即该运动的实验过程缺乏真实感或者缺失真像化，或者虽然有通过相应位移传感器将时间与位移同时予以确定的实验方法，但也只能通过电脑画面进行间接实验观察与处理而较少地符合上述师生的实验探究心理规律等诸多重大缺点；更重要的是目前较好技术状况：通过传感器与电脑软件相结合技术只能针对解决直线运动方面有关参数的直接测量，而无法将上述曲线运动的相关参数及过程进行直接测量与真像化展示，也就是只能在电脑画面当中先予以该曲线运动描迹后，再在电脑画面上进行间接地测量分析曲线运动分解成两条直线方面的运动情况，而后就此进行探究实际上属于做的是模拟性地演示实验探究了。更何况要求将平抛、匀速、竖落三者运动同时进行实验操作、观察、比较、定量测量等方式方法，这是目前所无法找到满足上述要求的演示实验仪器的。为此极为需要一种仪器针对该平抛运动及其两个分运动的运动时间及相应位移进行有效地数字化测量，并能够实验真像化地予以该状态的真实展示。只有这样才能对于该类运动实验做到实验当中予以真实体验而得以真像化，又有即时或实时予以相应的时间与位移进行测量探究，这就是本平抛分解演示仪所能够实现的上述所有性能与特点。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种能够有效、简捷地并实时、实物地进行探究平抛运动及其水平方向与竖直方向上的两个分运动，对应该三者运动所需时间与位移皆能同时、又独立地进行实际物体运动测量实验；并适合师生实验观察与探究认知心理，即能够随时或瞬时采取实验操作、观察体验、实物比较、定量测量等方式方法，以进行完全“真像化”与“数字化”相充分结合实验的平抛分解演示实验装置及其实验方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的平抛分解演示实验装置及其实验方法，包括演示实验装置主体，演示实验装置主体包括上、下竖板，连接上、下竖板的伸缩杆，固定在上竖板上的平抛运动导轨以及水平运动导轨和底座，其特征在于：演示实验装置主体还包括光电传感器装置、电磁线圈装置、计时器控制面板及水平、平抛、竖直运动定位与其感应器；电磁线圈装置、光电传感器装置和水平、平抛、竖直运动定位与其感应器通过线电连接经处理信号反馈到显示屏控制面板上显示，显示的结果是各方向运动的时间及相应位移，同时各方向上的相应位移又可从导轨直线刻度、下竖板上的平抛x方向刻度、内套杆侧面的刻度予以分别显示。

所述的平抛运动导轨一边侧固定在上竖板，水平运动导轨固定在平抛运动导轨的另一边侧、两者平行且位于同一高度，光电传感器装置固定在上竖板且位于水平运动导轨的水平段的正上方，上竖板上设有移动槽，水平运动定位与其感应器固定在移动槽上活动配合，竖直、平抛运动定位与其感应器依次固定在底座上，竖落运动定位与其感应器位于光电传感器装置的正下方，显示控制面板固定在下竖板上端，水平运动导轨、平抛运动导轨带有斜度的导轨段端口处分别设置有电磁线圈装置，所述的电磁线圈装置包括与各自所处导轨相配合移动的电磁线圈外套架以及置于电磁线圈外套架内吸附金属球的电磁线圈。

所述光电传感器相对于上竖板由里到外依次包括传感器、能吸竖落运动球的电磁线圈、重垂线激光器与可调激光方向螺栓。

所述的水平运动定位与其感应器包括定位器盒、挡球架、捕捉舌片、冲断弹片与弹簧冲片、捕捉复位按钮、电动机及与其相配合的重垂线绕轮、用于固定在上竖板的锁定扳钮组成，挡球架通过螺纹连接与定位器盒固定，捕捉舌片一端置于定位器盒内，另一端置于挡球架的内腔，其中间位置通过一拉伸弹簧拉挂于定位球盒前侧的挂钩上，冲断弹片与弹簧冲片是一对随时相向抵触又冲断的弹片组成，分别相向固定在定位盒器前侧面上，且置于捕捉舌片的上方，捕捉复位按钮通过置于定位盒器内的顶杆与冲断弹片抵触，使一对被冲断的弹片予以恢复抵触状态，及会弹出被捕捉金属球又恢复待捉定位状态。

所述的平抛、竖落运动定位与其感应器分别固定在底座上面，并分别位于下竖板的右侧前下方及位于光电传感器装置的正下方，竖落运动定位与其感应器由定位器盖体和置于定位器盖体内对应两侧由若干条等距狭缝的弧型弹片形成的弹片槽以及两侧有传感器和底部的熔胶槽，竖落运动定位与其感应器是该两片弹簧弹片组成一个待感应触发信号装置，且处于待捕捉定位运动球的状态，平抛运动定位与其感应器由定位器盖体和置于定位器盖体内的一侧中有一定长度的若干条等距狭缝组成的弧型弹片，该片与下竖板组成一个待感应触发信号装置，且处于待捕捉定位运动球的状态。

所述的左、右设置高低伸缩杆为带有刻度可上下移动内套杆，装有左右各一套升降摇动装置，分别通过摇杆带动内套杆的升降以及与伸缩杆固定的上竖板的升降，且随时通过内套杆定位圈片及内套杆限位螺栓配合予以限定于某一位置。

所述的上竖板与底座上固定各有水平器，上竖板的水平器通过左右的升降摇动装置的摇杆予以内套杆高度自由升降实现调节，底座上的水平器通过其四周的调节螺旋予以调节水平。

所述的下竖板背面设置有黑或白的可拆装具有弹性张力卷幕，卷幕的移动端悬挂于上竖板的背面，所述的卷幕为带有若干个方格卷幕。

所述的定量的实验方法演示实验装置使用之前准备：调节螺旋来确保底座水平器以及通过高低伸缩杆来调节上竖板的水平器水平，然后通电，打开垂线激光器，使其激光器的射出激光点位于底座指定的标圈；

选择运动模式：运动模式主要由平抛、竖落、水平、水平与平抛、平抛与竖落、平抛竖落与水平六种组合，打开接通上述某种运动模式的开关；观察是否上述运动模式的指示灯是否打开；

打开开关，几个金属球(可同时三个)可根据所选的运动模式运动，被导轨上的电磁线圈吸住；进行上述运动模式的一种运动；相应的金属球会落在水平、平抛、竖落运动定位与其感应器上，经线电连接水平、平抛、竖落运动定位与其感应器会把相应的数据位移、时间反馈到显示屏显示出，还同时各方向上的相应位移又可从导轨直线刻度、下竖板上的平抛x方向刻度、内套杆侧面的刻度予以分别显示。

操作的测试结果：显示屏上分别显示的是平抛、竖落、水平的运动位移t₁、t₂、t₃及相应的(x₁，y₁)、y₂、x₃，取多组实验结果及以下测试关系：

竖落球所做另一系列的几对实验数据(y₂，t₂)…得出自由落体运动对应定量关系式为y＝1/2g×t²(其中g可求出并为常数)；

水平球所做一系列的几对实验数据(x₃，t₃)…得出匀速直线运动对应定量关系式为：x＝V_o×t(其中V_o速度可求出并为常数)；

上述几组实验数据及具体实物运动球的各自被捕捉定位的瞬时状态中，得出平抛运动分别与自由落体运动、匀速直线运动之间一一对应定量分解关系：即(a)当y₁＝y₂时，t₁≈t₂，(b)当t₁＝t₂时，x₁≈x₃；或当x₁＝x₃时，t₁≈t₃。

得出平抛的运动参数方程即平抛运动规律：

①式：x＝V_o×t    ②式：y＝1/2g×t²

所述的平抛与竖落运动模式，通电线圈开关，先让光电传感器装置与平抛导轨上的电磁线圈吸住金属球，当电磁线圈断电时，金属球开始运动，运动经过光电门装置时光电传感器接收信号，在光电传感器装置上的吸竖落金属球的电磁线圈得到信号即让竖落金属球做竖落运动，做到起点相同，两个金属球分别落置平抛、竖落运动定位与其感应器的弹片槽中，经传感器把相应的位移与时间数字反馈于显示屏上，或其中的相应各自位移可用内套杆上面刻度及下竖板装有的刻度读数测量。

所述的平抛与竖落、水平运动模式，通电线圈开关，先让光电传感器装置与平抛、水平导轨上的电磁线圈吸住金属球，当电磁线圈断电时，平抛与水平运动导轨上面的两个金属球同时开始运动，继后而得到平抛、竖落运动定位与其感应器的弹片槽及水平运动定位及其感应器均分别捕捉定位到的金属球，且分别在各自显示屏及该演示主体实验装置上面的相应部位直接读数测量的时间及相应位移。

所述的定量的实验方法时，同时进行定性的测试，采用像素500W以上的相机进行抓拍，相机的抓拍每秒5至8张为佳，或者采用黑色的卷幕，此时采用的是每秒达20次或20赫兹的闪频机进行闪拍，两者方式得出相应的运动轨迹，可以采取不同点的方式得出运动规律。

本发明得到的平抛分解演示实验装置及其实验方法，平抛运动分解演示仪进行实验操作及测量探究的一种仪器装置，特别是一种能够任意性一次性地、并能随时将平抛运动及另外在水平方向上、竖直方向上两个运动，三者运动分别进行地实体过程展示实验与具体性、探究性操作，并瞬时或随时以多种形式相应地数字化予以准确测量与显示出所需时间与位移的实验装置；该各自对应的时间与位移的两个基本量测量实验方法得以充分地体现与应用，是符合中学生实验探究及规律探究的认知心理规律，该实验方法以达到随时进行真实真像对比的充分可信性、视觉体验性，及相应实验定量测量之有效整合性，是具备增加其实用性、可操作性、同类仪器方面的独特性、先进性、完美性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是电磁线圈装置的结构示意图；

图3是光电传感器装置的结构示意图；

图4是水平运动定位与其感应器的结构示意图；

图5是图4的A-A剖视图；

图6是图4A-A方向在复位按钮处的剖视图；

图7是竖落运动定位与其感应器的结构示意图；

图8是抛体运动定位与其感应器的结构示意图；

图9是卡弹簧贴片、卡弹簧垫片、弧型弹片的结构示意图；

图10是部件摇杆装置的结构示意图，分为背向整体示意图A，水平剖视图B，竖向剖视图C三个图。

图中：演示实验装置主体1、上、下竖板2，3、高度伸缩杆4、水平运动导轨5、平抛运动导轨6、底座7、电磁线圈装置8、光电传感器装置9、水平运动定位与其感应器10、竖落运动定位与其感应器11、平抛运动定位与其感应器12、显示屏控制面板13、电源接入端14、开关控制按钮15、卷幕16、移动槽17、摇杆18、导轨水平器19、底座水准器20、平抛指示灯21、竖落指示灯22、水平运动指示灯23、导轨直线刻度24、平抛x方向刻度25、底座螺栓26、电磁线圈27、外套架28、外套架锁定曲杆29、线圈引线通口30、传感器31、传感器定位槽32、传感器推盖33、竖落电磁线圈34、定位圈套35、重垂线激光器36、可调激光方向螺栓37、激光方向螺栓调节口38、重垂线激光出口39、重垂线激光器开关40、线路通口41、固定光电门螺孔42、挡球架43、捕捉舌片44、冲断弹片45、弹簧冲片46、舌片拉弹簧47、锁定扳钮48、电动机开关49、可移动垂线激光开关50、电动机51、重垂线绕轮52、可移动垂线激光53、线路板54、捕捉复位按钮55、扳钮压弹簧56、顶杆57、固定电动机卡槽58、定位架螺孔59、竖落接收槽盖体60、竖落接收槽前盖61、弧型弹片62、卡弹簧贴片63、卡弹簧垫片64、竖接熔胶槽65、竖接弹片槽66、竖落照明与传感器67、竖落前后盖体连接螺孔槽68、竖板69、调节抛体定位槽距螺栓70、抛接弹片槽71、抛接熔胶槽72、抛体照明与传感器73、弹簧卡口74、弧型弹片间缝75、固定片孔76、外套杆77、内套杆78、转动螺杆79、内套杆限位螺栓80、升降摇动装置81、螺杆齿轮82、内套杆限位圈片83、内套杆长齿条84、转动螺杆定位套85。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

如图1所示，本发明提供实施例的平抛分解演示实验装置，包括演示实验装置主体1和电源接入端14，演示实验装置主体1包括上、下竖板2，3，连接上、下竖板的高低伸缩杆4，所述的伸缩摇杆4为由带有刻度可上下移动的内套杆78、以内套杆78相配合的外套杆77以及固定在外套杆77端口的升降摇动装置81组成，所述的高低伸缩杆4的移动方式是手摇升降摇动装置81来带动与控制上竖板2的上下移动，所述的升降摇动装置81包括控制升降的摇杆18、转动螺杆79、贯穿于内套杆限位圈片83内来随时限定内套杆78的位置的内套杆限位螺栓80，内套杆78上侧面带有长度刻度以及后侧面装有一体成型的内套杆长齿条84，在升降摇动装置81内还装有与内套杆长齿条84相配合的螺杆齿轮82，演示实验装置主体1的左右各一个高低伸缩杆4，是通过升降摇动装置81与转动螺杆定位套85进行相互对换位置而装配即成，平抛运动导轨6位于水平运动导轨5与上竖板2之间，水平运动导轨5比平抛运动导轨6的水平段长度要还长出一定长度的水平段，该水平段的边侧附带有导轨直线刻度24，在底座7的一端侧设置有系列开关控制按钮15，开关控制按钮15包括各控线路的复位按钮、运动球指示灯控制按钮、是否吸住平抛与水平运动球的电磁线圈27控制按钮，演示实验装置主体1还包括光电传感器装置9、电磁线圈装置8、显示屏控制面板13及水平、平抛、竖落运动定位与其感应器10、12、11；电磁线圈装置8、光电传感器装置9和水平、平抛、竖落运动定位与其感应器10、12、11通过线电连接经处理信号反馈到显示屏控制面板13上显示，显示的结果是各方向运动的时间及相应位移，同时各方向上的相应位移又可从导轨直线刻度24、下竖板3上的平抛x方向刻度25、内套杆78侧面的刻度予以分别显示。

图2所示，所述的平抛运动导轨6一边侧固定在上竖板2，水平运动导轨5固定在平抛运动导轨6的另一边侧、两者平行且位于同一高度，水平运动导轨5、平抛运动导轨6带有斜度的导轨段端口处分别装有电磁线圈装置8，所述的电磁线圈装置8包括导轨相配合的电磁线圈外套架28以及置于电磁线圈外套架28内吸附钢球的电磁线圈27，通过线圈引线通口30进行电连接，电磁线圈装置10固定在导轨上主要是由外套架锁定曲杆29予以稳固，可使两导轨上的电磁线圈装置8设置必须处于同一相同高度，光电传感器装置9固定在上竖板2且位于水平运动导轨6的水平段的正上方。

图3所示，所述光电传感器装置9相对于上竖板2由里到外依次包括传感器推盖33、传感器定位槽32、传感器31、能吸竖落运动球的竖落电磁线圈34、重垂线激光器36与可调激光方向螺栓37，重垂线激光器36由设置在光电传感器装置9上的定位激光器开关40控制、其激光方向调节由三个可调激光方向螺栓37予以三个方向的协调而定，底座7的表面上设置有激光标志，随时让激光所发射到底座4上时必须处于激光标志规定范围内，光电传感器装置9通过固定光电门螺孔42与上竖板2固定，且经线路通口41经过电连接和传导信息。

图4、图5、图6所示，所述的水平运动定位与其感应器10包括定位器盒、挡球架43、捕捉舌片44、冲断弹片45与弹簧冲片46、可移动垂线激光53、捕捉复位按钮55、线路板54、电动机51及与其相配合的重垂线绕轮52、用于固定在上竖板2的锁定扳钮48组成，挡球架43通过定位架螺孔59与定位器盒螺纹连接固定，捕捉舌片44一端可作为一个支点形式置于定位器盒外底面上，另一端置于挡球架43的内腔中，并由舌片拉弹簧47向上收紧，可随时将水平运动导轨5上面运动球予以捕捉定位，一对冲断弹片45与弹簧冲片46分别相向抵触地固定在定位器盒侧面上、且置于捕捉舌片44的上方，让水平运动导轨5上面运动球随时将该对弹片被撞分开，而由此感应产生一个运动球所到达的电信号，捕捉复位按钮55通过置于定位盒器内的顶杆57与冲断弹片45一起相抵触，使冲断弹片45与弹簧冲片46又恢复原来相向抵触状态，并同时弹射取出被捕捉定位的运动球，通过锁定扳钮48、扳钮压弹簧56能使水平运动定位与其感应器12随时固定在上竖板2的移动槽21上，且能在移动槽上自由移动而设置所需位置，重垂线绕轮5装置在电动机51上、其凹槽绕一根长线下接垂锥体，通过电动机开关49是否通电将垂锥体随时上下收缩，主要是用于形象地确定水平运动定位与其感应器10所捕捉到水平运动球与平抛运动定位与其感应器12所捕捉定位到平抛运动球是否保持竖直方向上，可移动垂线激光53所射出的激光束相当于一条垂线。

图7、图8、图9所示，所述的竖落运动定位与其感应器11固定底座7上，竖落接收槽盖体60与竖落接收槽前盖61相向组成竖接弹片槽66，落运动定位与其感应器11由竖落接收槽盖体60、竖落接收槽前盖61、和置其内对应两侧各有一短片由若干条弹簧嵌在弹簧卡口74、中间布满等距竖直形状的弧型弹片间缝75的弧型弹片62形成的竖接弹片槽66以及传感器67和底部的竖落熔胶槽65，用于竖落的运动球下落置于竖接熔胶槽65内被捕捉定位，该两片弧型弹片62组成一个待捕捉运动球及感应触发信号装置，所述的平抛运动定位与其感应器12和底座7垂直固定的下竖板3组成抛接弹片槽71，其通过调节两侧的抛体定位槽距螺栓70固定在底座7上，可使槽距从左到右逐渐变窄予以设定，抛接弹片槽71由整条一定长度、宽度方向上有若干条等距的弧型弹片间缝75的弧型弹片62、若干个弹簧的自由端分别与弧型弹片62的背面下端所镶嵌的卡弹簧贴片63的弹簧卡口74卡住而抵触，这些弹簧另一端固定在卡弹簧垫片64的弹簧卡口74上，通过固定片孔76分别将弧型弹片62与卡弹簧垫片64固定在平抛定位与其感应器12的内侧，弧型弹片62用于运动球到达时使之大为减速或缓冲，并定位与其感应器12的底部装有抛接熔胶槽72，继而再使减速的运动球准确被捕捉与定位，以及与其侧装有传感器或照明灯73，以让被定位球通过弧型弹片62的若干间缝而明亮透视给观测者的具体准确位置及瞬时状态，用于平抛落下的运动球置于抛接熔胶槽72内被捕捉定位，通过下竖板3下侧面的平抛x方向刻度25予以准确读出该位移，弧型弹片62与下竖板3组成一个待捕捉定位运动球及感应触发电信号装置，可测得该运动球的运动时间，或再可通过传感器73能于下竖板3上面的显示屏精确显示测得该平抛x方向位移及相对应时间。

图10所示，所述的上竖板2设有导轨水平器19，便于确定其是否处于水平方向，提高测量的精度，上竖板2与下竖板3的之间装备左右对称各一个高低伸缩杆4，若其左边的升降摇动装置81与转动螺杆定位套85对调组装则得右边的高低伸缩杆4，用于上竖板2的整体升降到某一高度并随即固定，该时的高度或竖落位移可直接从左右两边内套杆78上表面的刻度直接读出，与下竖板3之间的背面设置有黑或白的卷幕19，卷幕19的移动端悬挂于上竖板2的背面设置的两挂点上，所述的卷幕19为带有若干个方格卷幕，用于运动物体(运动球)被拍摄的背景及三种运动能被同时地定性轨迹对比，通过摇杆18可自由升降内套78，可随时通过内套杆限位螺栓80向内顶触内套杆限位圈片83，而使内套杆78即时固定于某一高度，并在内套杆78上面刻度直接读出其所处于高度大小。

光电传感器装置9、显示屏控制面板13及水平、平抛、竖直运动定位与其感应器10、12、11通过电连接，反馈的信号实验结果的运动时间以及位移可直观的在控制面板13上显示。

本发明的操作测量方法：

使用前的调整：每次使用前要通过观察底座上的水平器，使底座在实验操作过程中始终保持水平状态；将上竖板升降到高低伸缩杆的最高处或某处，一般要先调节右边的前后微调内套杆限位螺栓使右杆固定，继而再调节左边的螺栓，同时使水平导轨上导轨水平器处于水平状态，又能确保重垂线激光器射出的激光点对准其正下方的底座上面标志圈内，逐一注意：每当上竖板变化了高度时均要按此方式操作。

1、定量实验操作方法及实验现象概述：

(1)电源选择开关(外电或内电)、打开重垂线激光器开关按钮实时观察激光射点是否规定圆圈范围内；

(2)运动转换开关(按需选择其中一档运动或组合主要有：平抛、水平、竖落、平抛与竖落、平抛与水平、平抛与竖落和水平)；

(3)当进行平抛运动导轨、水平运动导轨上面的其中一至两种运动实验时，即按通线圈开关(放上运动球)，可随即按通示灯开关(可同时进行其他的定性实验见第2条定性实验方式)；

(4)按断线圈开关(静观实验现象)；

(5)根据实验前三屏显示屏上的三个“功能键”予以分别确定某一功能，即可得一至三个不同运动的对应计时时间显示，及水平运动定位器、竖落运动定位器(竖接弹片槽)、平抛运动定位器(抛接弹片槽)所分别定位捕捉到运动球的对应位移读数(当做有关探究平抛运动实验后，先用手拉下重垂线形象对比平抛、水平运动的各自水平位移，再触通电动机开关使垂线回归)；还另可通过相应部位的传感器及线电连接到显示屏控制面板上面予以各自的相对应的时间及位移分别显示读数；

(6)按动捕捉复位按钮使其感应回位并弹取出被捕捉球、及每次实验后用取球器取球于弹片槽中；

(7)最后按一下复位开关(开始下一次操作)。

采用0.001s单位数量级计时；位移读数以1mm数量级予以实验数据读数。

2、定性实验操作方法与实验现象概述：(能与定量方法同时并行操作及观察)

(1)通过白卷幕上面两个挂钩分别挂在上竖板上的两个挂点；

(2)摇动摇杆使上竖板处于某一高度；

(3)继而重复上述“定量实验操作方法”次序，并按通示灯开关以使三个运动所对应到达某处时，三个示灯能发光显示现象比较；

(4)用500万像素以上(最好1秒内抓拍5-8张以上为佳)的数码照相机即可抓拍；同时该操作后可得几种运动实验定量测量数据；

(5)或者通过挂黑卷幕进行闪拍：操作次序与挂白卷幕同；

(6)需要实验前用20mm～25mm宽度、250mm以上长度的黑色胶布张贴在上竖板的指定位置，再配合一个闪频机(频闪每秒20次或20赫兹左右为妥)进行闪拍。

实验均使平抛与水平两个运动球均要与上面实验所需同样初始起落位置，而后可任意改变一次上竖板的高度与水平定位及其感应装置的水平位置，即可按上述同样操作方法进行实验。分别所得到运动时间将被依次储存及相应位移予以直接读数测量，还另可由相应传感器通过显示屏予以分别显示对应的时间与位移数据，而得到若干组实验数据

实验得出结论：

显示屏上分别显示的是平抛、竖落、水平的运动位移t₁、t₂、t₃及相应的(x₁，y₁)、y₂、x₃，取多组实验结果及以下测试关系：

①竖落球所做另一系列的几对实验数据(y₂，t₂)…得出自由落体运动对应定量关系式为y＝1/2g×t²(其中g可求出并为常数)；

②水平球所做一系列的几对实验数据(x₃，t₃)…得出匀速直线运动对应定量关系式为：x＝V_o×t(其中V_o速度可求出并为常数)；

③上述几组实验数据及具体实物运动球的各自被捕捉定位的瞬时状态中，得出平抛运动分别与自由落体运动、匀速直线运动之间一一对应定量分解关系：(a)当y₁＝y₂时，t₁≈t₂，(b)当t₁＝t₂时，x₁≈x₃或当x₁＝x₃时，t₁≈t₃。

④由上述系列组实验数据得出——即用任意时间t代替t₁，t₂，t₃；用任意水平位移x代替x₁与x₃；用竖直位移或高度y代替y₁与y₂，即以下方程组

$\left\{\begin{array}{c}x=V_o\×t\\ y=1/2g\×t^2\end{array}\right.,$ 两个关系式予以合成可得。

根据上述一系列平抛运动的各组实验数据(x1，y1)…进行拟合其轨迹图线；或者根据该实验特点与结论——由自由落体运动与匀速直线运动两个分运动规律也可反过来两者拟合成平抛运动轨迹曲线。

⑤还将其他物理量(如初速度V_o等)间接被测出，及对平抛的其他所有运动特点进行分析。

⑥将数码相机所抓拍或闪拍到某运动状态的数码相片，将闪拍到一至三种运动真实轨迹照片，上传到电脑进行定性地实验现象协助性探究该规律。

注：它们测量的计时最小分度值属为0、001s，及位移或长度最小分度值为1mm～5mm级别，各项实验数据的相对误差不高于1～3％。

Claims (9)

1.一种平抛分解演示实验装置，包括演示实验装置主体(1)，演示实验装置主体(1)包括上、下竖板(2)(3)，连接上、下竖板(2)(3)的高低伸缩杆(4)，水平运动导轨(5)及固定在上竖板(2)上的平抛运动导轨(6)以及底座(7)，其特征在于：演示实验装置主体(1)还包括电磁线圈装置(8)、光电传感器装置(9)、水平、竖落、平抛运动定位与其感应器(10)(11)(12)及显示屏控制面板(13)；电磁线圈装置(8)、光电传感器装置(9)和水平、竖落、平抛运动定位与其感应器(10)(11)(12)通过线电连接经处理信号反馈到显示屏控制面板(13)上显示，所述的水平运动导轨(5)固定在平抛运动导轨(6)的另一边侧、两者平行且位于同一高度，且有比平抛运动导轨(6)的水平段长出一定长度的水平道，其侧边有一导轨直线刻度(24)，水平运动导轨(5)、平抛运动导轨(6)带有斜度的导轨段端口处分别设置有电磁线圈装置(8)，所述的电磁线圈装置(8)包括与各自所处导轨相配合移动的电磁线圈外套架(28)、外套架锁定曲杆(29)以及置于电磁线圈外套架(28)内吸附金属球的电磁线圈(27)，光电传感器装置(9)固定在上竖板(2)且位于平抛运动导轨(6)的水平段的正上方，上竖板(2)上设有移动槽(17)，水平运动定位与其感应器(10)固定在移动槽(17)上活动配合，竖落、平抛运动定位与其感应器(11)(12)依次固定在底座(7)上，竖落运动定位与其感应器(11)位于光电传感器装置的正下方，显示屏控制面板(13)固定在下竖板(3)上端。

2.根据权利要求1所述的平抛分解演示实验装置(1)，其特征在于：所述光电传感器装置(9)相对于上竖板(2)分别相对应装有传感器(31)、能吸运动球的竖落电磁线圈(34)、使球起始运动精确的定位圈套(35)、重垂线激光器(36)与可调激光方向螺栓(37)。

3.根据权利要求1所述的平抛分解演示实验装置(1)，其特征在于：所述的水平运动定位与其感应器(10)包括定位器盒与挡球架(43)、捕捉舌片(44)、冲断弹片(45)、弹簧冲片(46)、电动机(51)及与其相配合的重垂线绕轮(52)、捕捉复位按钮(55)、用于固定在上竖板(2)的锁定扳钮(48)组成，捕捉舌片(44)一端置挡球架(43)的内腔，其中间位置通过一舌片拉弹簧(47)拉挂于水平运动定位与其感应器(10)前侧的挂钩上，冲断弹片(45)与弹簧冲片(46)组成一对随时相向抵触又被冲断的弹片，另一端分别固定在水平运动定位与其感应器(10)前侧面上，且置于捕捉舌片(44)的上方，捕捉复位按钮(55)通过置于水平运动定位与其感应器(10)内的顶杆(57)与一对冲断弹片(45)(46)，使该对被冲断的弹片恢复抵触与捕捉舌片(44)处于待捕捉定位状态。

4.根据权利要求1所述的平抛分解演示实验装置(1)，其特征在于：所述的竖落运动定位与其感应器(11)由竖落接收槽盖体(60)、竖落接收槽前盖(61)、和置其内对应两侧各有一短片由若干条弹簧嵌在弹簧卡口(74)、中间布满等距竖直形状的弧型弹片间缝(75)的弧型弹片(62)形成的竖接弹片槽(66)以及传感器(67)和底部的竖落熔胶槽(65)，该两片弧型弹片(62)组成一个待捕捉运动球与感应触发信号装置；所述的平抛运动定位与其感应器(12)由抛接弹片槽盖体(71)、置于其内的一侧中有一定长度的一片由若干条弹簧嵌在弹簧卡口(74)和中间布满等距竖直形状的弧型弹片间缝(75)的弧型弹片(62)与下竖板形成的抛接弹片槽(71)，该槽组成一个待捕捉定位运动球与感应触发信号装置，以及抛体照明与传感器(73)和底部的抛接熔胶槽(72)。

5.根据权利要求1所述的平抛分解演示实验装置，其特征在于：所述的高低伸缩杆(4)为左、右对称设置的高低伸缩杆分别装有摇杆(18)、侧面带有刻度可上下移动的内套杆(78)、随时固定内套杆限位圈片(83)。

6.根据权利要求1所述的平抛分解演示实验装置，其特征在于：所述的上竖板(4)与底座(7)上均固定有导轨水平器(19)、底座水平器(20)。

7.根据权利要求1所述的平抛分解演示实验装置，其特征在于：所述的下竖板(3)与上竖板(2)之间的背面设置有黑或白的具有弹性张力卷幕(16)，卷幕(16)的移动端悬挂于上竖板(2)的背面，所述的卷幕(16)为带有若干个方格卷幕。

8.根据权利要求1所述的平抛分解演示实验装置的实验方法，其特征在于：演示实验装置采用几个实物同时又独立地具体真像化的各自运动过程予以被捕捉定位地瞬时化观察，及又有数字化定量的实验方法，实验操作选择运动模式主要由平抛、竖落、水平、水平与平抛、平抛与竖落、平抛竖落与水平六种分别组合；

几个金属球可根据上述运动模式的所选一种运动模式进行开始运动，相应的金属球在各自运动过程中被水平、竖落、平抛运动定位与其感应器(10)、(11)、(12)的分别捕捉定位与感应，经连接线电、传感器(67)、(73)把各自相应的运动位移、时间反馈到显示屏(13)予以分别显示；同时对应在演示实验装置(1)相应部位的水平运动导轨(5)侧面的导轨直线刻度(24)、内套杆(78)侧面刻度、下竖板(3)下端的平抛x方向刻度(25)予以分别测得相应位移；

操作的测试结果：显示屏上分别显示的是平抛、竖落、水平的运动位移t₁、t₂、t₃及相应的(x₁，y₁)、y₂、x₃，取多组实验结果及以下测试关系：

竖落球所做另一系列的几对实验数据(y₂，t₂)…得出自由落体运动对应定量关系式为y＝1/2g×t²(其中g可求出并为常数)；

水平球所做一系列的几对实验数据(x₃，t₃)…得出匀速直线运动对应定量关系式为：x＝V_o×t(其中V_o速度可求出并为常数)；

上述几组实验数据及具体实物运动球的各自被捕捉定位的瞬时状态中，得出平抛运动分别与自由落体运动、匀速直线运动之间一一对应定量分解关系：即(a)当y₁＝y₂时，t₁≈t₂，(b)当t₁＝t₂时，x₁≈x₃；或当x₁＝x₃时，t₁≈t₃。

$\left\{\begin{array}{c}x=V_o\×t\\ y=1/2g\×t^2\end{array}\right.,$ 两个关系式予以合成可得。

9.根据权利要求8所述的平抛分解演示实验装置的实验方法，其特征在于：所述的定量实验方法的同时进行定性的测试，还上述运动模式所对应的平抛、竖落、水平指示灯(21)、(22)、(23)相互对比是否同时性发光，还采用白色卷幕(16)进行相机抓拍，或者采用黑色的卷幕(16)，配以闪频机进行闪拍，两者方式得出相应的运动轨迹而协助了定量测量实验方法，以该全面实验方法探究平抛如何分解的运动规律。

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