CN107103819A - 一种物理抛体实验演示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及物理教学领域，具体涉及一种物理抛体实验演示装置，包括底座、竖直固定于底座上透明的玻璃支撑板、固定于玻璃支撑板左侧的底座上的用于滑动固定滑轨的竖直支架；滑轨顶端固定有第一电磁铁，滑轨末端设置有红外光电传感器和速度传感器；底座上开设有滑槽，在滑槽内均匀设置红外光电传感器；玻璃支撑板后方设置频闪相机；底部固定红外光电传感器的第二电磁铁滑动固定于玻璃支撑板上；玻璃支撑板的右侧边上固定有显示屏，底座内设有中央处理器，中央处理器分别电性连接红外光电传感器、速度传感器、频闪相机、显示屏以及时钟电路；显示屏显示平抛和自由落体时的运动轨迹和其他数据并显示在显示屏上以便观察和推算，达到很好的学习效果。

Description

一种物理抛体实验演示装置
技术领域
本发明涉及物理教学领域，具体涉及一种物理抛体实验演示装置。
背景技术
抛体实验作为物理基础实验一直是物理老师教授时的重点，但在课堂上无法形象的进行讲解，故需要使用专业的实验器材，但现有的抛体实验器材结构较为简单，在进行实验时，物体下落较快，学生无法对抛体的轨迹进行描述，导致教学的效果较差，满足不了使用要求，所以需要对现有的教学器材进行优化和升级，用来解决上述难题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种物理抛体实验演示装置。
具体技术方案如下：
一种物理抛体实验演示装置，包括底座、竖直固定于所述底座上透明的玻璃支撑板、固定于玻璃支撑板左侧的所述底座上的竖直支架；所述竖直支架中央开设有从上至下的镂空条，通过紧固螺栓结构穿设镂空条滑动连接滑轨；所述滑轨分为倾斜轨道和固定于所述倾斜轨道底部的水平轨道，所述倾斜轨道的顶端固定有第一电磁铁，所述第一电磁铁通电后吸合沿着所述滑轨滑动并用于研究平抛运动的小铁球，所述水平轨道的末端设置有红外光电传感器和速度传感器；位于所述玻璃支撑板前方的所述底座上开设有滑槽，在所述滑槽的前后内侧壁上均匀设置有所述红外光电传感器；位于所述玻璃支撑板后方的所述底座上设置有竖直支撑杆，所述竖直支撑杆的顶端固定有频闪相机；所述玻璃支撑板的左右两侧边从上至下依次刻有标识高度的刻度，所述玻璃支撑板的右侧开设有竖直滑槽，底部的左右两侧固定有红外光电传感器的第二电磁铁通过紧固螺栓穿设所述竖直滑槽滑动固定于所述玻璃支撑板上，所述第二电磁铁通电后吸合用于自由落体的小铁球；所述玻璃支撑板的右侧边上固定有显示屏，所述底座内嵌设有中央处理器和时钟电路，所述中央处理器分别电性连接所述红外光电传感器、所述速度传感器、所述频闪相机、所述显示屏以及所述时钟电路；
优选的，所述底座内设置有装设蓄电池的电池盒；
优选的，所述蓄电池为可充电锂电池且分别为所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、所述中央处理器、所述红外光电传感器、所述频闪相机、所述显示屏以及所述时钟电路供电；
优选的，所述底座上设置有用于控制所述中央处理器、所述红外光电传感器、所述显示屏以及所述时钟电路的电源开关；
优选的，所述第一电磁铁上设置有第一电磁铁开关；
优选的，所述第二电磁铁上设置有第二电磁铁开关。
有益效果:
本发明可以通过刻度准确的设置小铁球做平抛运动和自由落体所处的高度，并通过红外光电传感器和时钟电路的配合可以测得小铁球做平抛运动和自由落体各用的时间，并可以显示在显示屏上，进行实验数据的对比分析；同时频闪相机可以记录小铁球在做平抛运动和自由落体运动时的运动轨迹并显示在显示屏上以便观察和推算，可以达到很好的学习记忆效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的结构示意图。
附图标记如下：
1、底座，2、玻璃支撑板，3、竖直支架，4、镂空条，5、紧固螺栓，6、倾斜轨道，7、水平轨道，8、滑槽，9、竖直支撑杆，10、频闪相机，11、竖直滑槽，12、中央处理器，13、时钟电路，14、红外光电传感器，15、速度传感器，16、显示屏，17、第一电磁铁，18、第二电磁铁，19、小铁球，20、蓄电池，21、电源开关。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得。
参看图1：一种物理抛体实验演示装置，包括底座1、竖直固定于底座1上透明的玻璃支撑板2、固定于玻璃支撑板2左侧的底座1上的竖直支架3；竖直支架3中央开设有从上至下的镂空条4，通过紧固螺栓5结构穿设镂空条4滑动连接滑轨。
滑轨分为倾斜轨道6和固定于倾斜轨道6底部的水平轨道7，倾斜轨道6的顶端固定有第一电磁铁17，第一电磁铁17通电后吸合沿着滑轨滑动并用于研究平抛运动的小铁球19，水平轨道7的末端设置有红外光电传感器14和速度传感器15。
位于玻璃支撑板2前方的底座1上开设有滑槽8，在滑槽8的前后内侧壁上均匀设置有红外光电传感器14；位于玻璃支撑板2后方的底座1上设置有竖直支撑杆9，竖直支撑杆9的顶端固定有频闪相机10。
玻璃支撑板2的左右两侧边从上至下依次刻有标识高度的刻度，玻璃支撑板2的右侧开设有竖直滑槽118，底部的左右两侧固定有红外光电传感器14的第二电磁铁18通过紧固螺栓5穿设竖直滑槽118滑动固定于玻璃支撑板2上，第二电磁铁18通电后吸合用于自由落体的小铁球19。
玻璃支撑板2的右侧边上固定有显示屏16，底座1内嵌设有中央处理器12和时钟电路13，中央处理器12分别电性连接红外光电传感器14、速度传感器15、频闪相机10、显示屏16以及时钟电路13。
底座1内设置有装设蓄电池20的电池盒，蓄电池20为可充电锂电池且分别为第一电磁铁17、第二电磁铁18、中央处理器12、红外光电传感器14、频闪相机10、显示屏16以及时钟电路13供电。
底座1上设置有用于控制中央处理器12、红外光电传感器14、频闪相机10、显示屏16以及时钟电路13的电源开关21。第一电磁铁17上设置有第一电磁铁开关。第二电磁铁18上设置有第二电磁铁开关。
当需要使用本发明进行教学实验时，打开电源开关21，此时的第一电磁铁17、第二电磁铁18、中央处理器12、红外光电传感器14、显示屏16以及时钟电路13处于通电运行状态。通过紧固螺栓5将轨道调整到合适的高度，打开第一电磁铁开关，第一电磁铁17通电并吸合住小铁球19。以上准备工作完成后，将第一电磁铁17关闭断电，此时小铁球19失去磁吸力而沿着轨道向下滑。当滑动到水平轨道7的末端时，速度传感器15检测到小铁球19的水平速度v，并上传至中央处理器12上，中央处理器12再将数据显示于显示屏16上。当小铁球19滑动到水平轨道7末端时，遮挡住位于水平轨道7末端的红外光电传感器14发出的红外线信号，这时此红外光电传感器14会将此信号上传至中央处理器12，中央处理器12接收到此信号后立刻发出指令启动频闪相机10进行平抛运动轨迹的捕捉；同时在中央处理器12接收到此红外线被遮挡的信号后，立刻通过时钟电路13将小铁球19遮挡位于水平轨道7末端的红外光电传感器14的时刻t1记录。当小铁球19运动到底座1上的滑槽8中时，遮挡住位于滑槽8中的红外光电传感器14发射的红外线，这时位于滑槽8中的红外光电传感器14将被遮挡的信号上传至中央处理器12，中央处理器12立刻通过时钟电路13将小铁球19遮挡位于滑槽8内的红外光电传感器14发出的红外线的时刻t2记录。之后中央处理器12经过分析计算，将小铁球19做平抛运动的时间t，即t1和t2之间的时间间隔算出并上传至显示屏16上显示出来。与此同时，频闪相机10将拍摄的小铁球19的平抛运动的轨迹显示于显示屏16上，并显示在X-Y坐标系中。这样教师和学生就能够很直观的观察到平抛运动的初始水平速度、运动时间、运动高度、运动的水平位移，通过上述数据可以验证平抛运动的运动高度和时间的关系：h＝1/2gt2，通过上述数据还可以验证水平位移和运动时间之间的关系：s＝vt，可以得出平抛运动在水平方向上没有加速度，且在竖直方向上的加速度等于重力加速度的结论。
将第二电磁铁18通过紧固螺栓5固定在与前面做平抛运动时的轨道相同的高度处。将第二电磁铁开关打开，第二电磁铁18通电并吸合住小铁球19，此时小铁球19将位于第二电磁铁18底部的红外光电传感器14发出的红外线遮挡住了。之后，关闭第二电磁铁开关，第二电磁铁18断电失去磁性，此时小铁球19向下座自由落体运动，这时位于第二电磁铁18底部的红外光电传感器14发出的红外线不被遮挡，这时此红外光电传感器14将此信号上传至中央处理器12，中央处理器12接收到此信号后，配合时钟电路13将此时刻t3记录，同时中央处理器12立刻启动频闪相机10，将小铁球19的自由落体运动的轨迹记录并显示在显示屏16上；当小铁球19落入滑槽8中时，滑槽8中的红外光电传感器14发出的红外线被遮挡，此时，中央处理器12配合时钟电路13将该时刻t4记录；中央处理器12通过分析计算将小铁球19做自由落体的时间T，即t3和t4之间的时间间隔算出并上传至显示屏16上显示出来。这样设置，方便教师和学生对比相同高度的平抛运动和自由落体运动而得出结论：平抛运动为水平匀速直线运动和竖直的自由落体运动的合运动。
本发明可以通过刻度准确的设置小铁球19做平抛运动和自由落体所处的高度，并通过红外光电传感器14和时钟电路13的配合可以测得小铁球19做平抛运动和自由落体各用的时间，并可以显示在显示屏16上，进行实验数据的对比分析；同时频闪相机10可以记录小铁球19在做平抛运动和自由落体运动时的运动轨迹并显示在显示屏16上以便观察和推算，可以达到很好的学习记忆效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种物理抛体实验演示装置，其特征在于：包括底座、竖直固定于所述底座上透明的玻璃支撑板、固定于玻璃支撑板左侧的所述底座上的竖直支架；
所述竖直支架中央开设有从上至下的镂空条，通过紧固螺栓结构穿设镂空条滑动连接滑轨；
所述滑轨分为倾斜轨道和固定于所述倾斜轨道底部的水平轨道，所述倾斜轨道的顶端固定有第一电磁铁，所述第一电磁铁通电后吸合沿着所述滑轨滑动并用于研究平抛运动的小铁球，所述水平轨道的末端设置有红外光电传感器和速度传感器；
位于所述玻璃支撑板前方的所述底座上开设有滑槽，在所述滑槽的前后内侧壁上均匀设置有所述红外光电传感器；
位于所述玻璃支撑板后方的所述底座上设置有竖直支撑杆，所述竖直支撑杆的顶端固定有频闪相机；
所述玻璃支撑板的左右两侧边从上至下依次刻有标识高度的刻度，所述玻璃支撑板的右侧开设有竖直滑槽，底部的左右两侧固定有红外光电传感器的第二电磁铁通过紧固螺栓穿设所述竖直滑槽滑动固定于所述玻璃支撑板上，所述第二电磁铁通电后吸合用于自由落体的小铁球；
所述玻璃支撑板的右侧边上固定有显示屏，所述底座内嵌设有中央处理器和时钟电路，所述中央处理器分别电性连接所述红外光电传感器、所述速度传感器、所述频闪相机、所述显示屏以及所述时钟电路。
2.如权利要求1所述的物理抛体实验演示装置，其特征在于：所述底座内设置有装设蓄电池的电池盒。
3.如权利要求2所述的物理抛体实验演示装置，其特征在于：所述蓄电池为可充电锂电池且分别为所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、所述中央处理器、所述红外光电传感器、所述频闪相机、所述显示屏以及所述时钟电路供电。
4.如权利要求1所述的物理抛体实验演示装置，其特征在于：所述底座上设置有用于控制所述中央处理器、所述红外光电传感器、所述显示屏以及所述时钟电路的电源开关。
5.如权利要求1所述的物理抛体实验演示装置，其特征在于：所述第一电磁铁上设置有第一电磁铁开关。
6.如权利要求1所述的物理抛体实验演示装置，其特征在于：所述第二电磁铁上设置有第二电磁铁开关。
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