CN107315337A - 用于高中物理实验的计时系统和实验计时方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高中物理实验的计时系统和实验计时方法，该计时系统包括计时装置和计时带；计时带为感光计时带；计时装置包括计时装置基板、发光光源、光源定时控制器和计时带限位器；发光光源固定在计时装置基板上；光源定时控制器与发光光源电连接；计时带限位器固定在计时装置基板上，计时带限位器的基体上设有带孔，计时带限位器还包括滑轮和轮轴，滑轮通过轮轴安装在基体上，用于降低感光计时带与基体的摩擦；基体上还设有通光孔，发光光源通过通光孔使位于带孔内的感光计时带感光。在本发明的计时系统中，由于计时装置不需要利用打点针与计时带发生接触即可完成打点，因此大大提高了计时的准确性。

Description

用于高中物理实验的计时系统和实验计时方法

技术领域

本发明属于教学用实验器材技术领域，特别是涉及一种用于高中物理实验的计时系统，以及利用该计时系统进行的实验计时方法。

背景技术

打点计时器是一种高中物理实验中所使用的测量时间的工具。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器，在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间，纸带上的点也相应的表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的各点间的间隔，就可分析物体的运动频率。当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交流电的方向每个周期要变化两次，因此振片被磁化后的磁极要发生变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化。当电流为图甲所示时，此时打点一次或此时不打点，所以在交流电的一个周期内打点一次，即每两个点间的时间间隔等于交流电的周期。

但是电磁打点计时器存在计时不准确的缺点，运动与计时互相干扰。电磁打点计时器工作时，由市电经线圈引起磁场的周期变化，驱动弹片带动打点针，在运动物体拖动的纸带上，以50赫兹频率打点。电磁打点计时器的打点针对运动中的纸带产生冲击和摩擦，干扰了纸带的运动，这在自由落体实验中尤为显著。

本发明的发明人在物理实验过程中发现了现有打点计时器的上述缺点，在紧张的高中学习之余，经过资料的查阅、模型的试制与测试设计了一种新型的物理实验计时设备。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种用于高中物理实验的计时系统，本发明的第二目的是提供一种实验计时方法，以解决电磁打点计时器存在计时不准确的问题。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种用于高中物理实验的计时系统，包括计时装置和计时带；所述计时带为感光计时带；所述计时装置包括计时装置基板、发光光源、光源定时控制器和计时带限位器；所述发光光源固定在计时装置基板上；所述光源定时控制器与发光光源电连接，用于控制发光光源以设定的时间间隔进行闪光；所述计时带限位器固定在计时装置基板上，计时带限位器的基体上设有带孔，计时带限位器还包括滑轮和轮轴，所述滑轮通过轮轴安装在所述基体上，用于降低感光计时带与基体的摩擦；所述基体上还设有通光孔，所述通光孔与所述带孔连通，发光光源通过通光孔使位于带孔内的感光计时带感光；所述感光计时带内设有感光层，感光层在发光光源照射下感光形成显影点。

本发明如上所述的用于高中物理实验的计时系统，进一步，所述光源定时控制器包括电源、PLC芯片、输入控制器和显示器；所述电源用于对发光光源、PLC芯片和显示器供电；输入控制器用于向PLC芯片输入设定时间；所述显示器与PLC芯片连接，用于显示当前所设定的时间间隔；所述PLC芯片以设定时间为间隔控制发光光源的闪光。

更进一步，所述设定时间为0.005秒、0.01秒、0.02秒、0.03秒、0.04秒或0.05秒。

本发明如上所述的用于高中物理实验的计时系统，进一步，所述滑轮具有两组，每组滑轮沿竖直方向由上至下排布在计时带限位器的带孔内；第一滑轮组与第二滑轮组之间供感光计时带通过。

本发明如上所述的用于高中物理实验的计时系统，进一步，所述计时带限位器还包括感光计时带润滑装置；所述感光计时带润滑装置由滑石粉容纳器、滑石粉拨轮和驱动装置构成；所述滑石粉容纳器的下部设有漏粉孔，滑石粉容纳器与计时带限位器的基体连接，漏粉孔位置与滑轮的位置相对应；所述滑石粉拨轮安装在所述滑石粉容纳器的内腔，位置与漏粉孔相对应；所述驱动装置用于驱动滑石粉拨轮旋转。

本发明如上所述的用于高中物理实验的计时系统，进一步，所述漏粉孔在水平方向的长度大于等于滑轮的长度。

本发明如上所述的用于高中物理实验的计时系统，进一步，所述滑石粉拨轮的长度大于等于漏粉孔在水平方向的长度，滑石粉拨轮叶片上下顶点之间距离大于漏粉孔在竖直方向的高度。

本发明如上所述的用于高中物理实验的计时系统，进一步，所述感光计时带包括感光层、第一防护层和第二防护层，所述感光层设置在第一防护层和第二防护层之间。

本发明如上所述的用于高中物理实验的计时系统，进一步，所述感光层、第一防护层和第二防护层在厚度方向侧面上分别设有截面为弧形的条状凸起。

为了实现上述第二目的，本发明提供一种实验计时方法，在实验中利用如上任一项所述的计时系统进行计时。

本发明的有益效果是：

在本发明的计时系统中，由于计时装置不需要利用打点针与计时带发生接触即可完成“打点”，因此大大提高了计时的准确性。同时，计时带限位器包括滑轮和轮轴，用于降低感光计时带与基体的摩擦，增加了计时带与物体真实运行轨迹的一致性，使实验结果更加准确。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明一种实施例的用于高中物理实验的计时系统示意图；

图2为本发明一种实施例的计时带限位器竖向截面示意图；

图3为本发明一种实施例的光源定时控制器示意图；

图4为本发明第二种实施例的用于高中物理实验的计时系统示意图；

图5为图4中各个零件的爆炸示意图；

图6为本发明第二种实施例的计时带限位器竖向截面示意图；

图7为图6的局部放大示意图；

图8为本发明一种实施例的感光计时带润滑装置示意图；

图9为本发明一种实施例的感光计时带示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、感光计时带，11、感光层，12、第一防护层，13、第二防护层，14、条状凸起，2、计时装置基板，21、基板带孔，3、发光光源，4、光源定时控制器，41、电源，42、PLC芯片，43、输入控制器，44、显示器，5、计时带限位器，51、带孔，52、滑轮，53、轮轴，54、通光孔，55、第一滑轮组，56、第二滑轮组，6、感光计时带润滑装置，61、滑石粉容纳器，62、漏粉孔，63、滑石粉拨轮，64、驱动装置。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的用于高中物理实验的计时系统和实验计时方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1、图2和图3示出本发明一种实施例的用于高中物理实验的计时系统，包括计时装置和计时带；

计时带为感光计时带1；感光计时带1内设有感光层11，感光层11在发光光源3照射下感光形成显影点；

计时装置包括计时装置基板2、发光光源3、光源定时控制器4和计时带限位器5；

发光光源3固定在计时装置基板2上；发光光源需要与感光计时带的感光特性相对应，即感光计时带能够在发光光源3的照射下感光。例如感光计时带为红外光显影胶片，发光光源为红外光源。又例如感光计时带为X光显影胶片，发光光源为X光光源。需注意的是，应当优选对人体无辐射危害的光源作为发光光源，如红外光。

光源定时控制器4与发光光源3电连接，用于控制发光光源3以设定的时间间隔进行闪光；

计时带限位器5固定在计时装置基板2上，计时带限位器的基体上设有带孔51，计时带限位器5还包括滑轮52和轮轴53，滑轮52通过轮轴53安装在基体上，用于降低感光计时带1与基体的摩擦；

基体上还设有通光孔54，通光孔54与带孔51连通，发光光源3通过通光孔54使位于带孔51内的感光计时带1感光。

利用上述所进行的实验计时方法步骤如下：首先将感光计时带的一端穿入计时带限位器的带孔，然后利用光源定时控制器4控制发光光源3以设定的时间间隔进行闪光；此时，利用重物或小车等拉动感光计时带按照预定的运动方式进行移动，发光光源3通过通光孔54使位于带孔51内的感光计时带1感光。实验结束后，在感光计时带上得到一系列间隔的显影点。通过显影点之间的距离进一步分析感光计时带的运动特征。

在本发明的计时系统中，由于计时装置不需要利用打点针与计时带发生接触即可完成“打点”，因此大大提高了计时的准确性。同时，计时带限位器包括滑轮和轮轴，用于进一步降低感光计时带与基体的摩擦，增加了计时带与物体真实运行轨迹的一致性，使实验结果更加准确。

光源定时控制器、发光光源、同时设有带孔、通光孔的计时带限位器和感光计时带构成了一套相互配合、相互依存的计时系统，光源定时控制器和发光光源提供了适用于使感光带感光的光线及频率；发光光源发出的光线必须在摄入通光孔后能够照射到正在运行的感光计时带上，这就要求带孔与通光孔的结构设置要科学合理，在图5示出的实施例中，带孔开设方向为竖直方向，便于进行自由落体实验的操作，同时通光孔与带孔相互垂直，上述计时带限位器结构同时实现了光线照射和感光计时带的移动结构需求。创造性的设计了感光计时带，并将感光计时的感光成像性质用于计时。

按照如图5所示的计时装置基板2，在与计时带限位器带孔51对应的位置设有基板带孔21。设置基板带孔21的目的是供感光计时带1穿过。此外，在另一种实施例中，计时带限位器5在与计时装置基板连接时，保持带孔不被计时装置基板遮挡，此时计时装置基板无需设置基板带孔21。

如图3所示，光源定时控制器4包括电源41、PLC芯片42、输入控制器43和显示器44；电源41用于对发光光源3、PLC芯片42和显示器44供电；输入控制器43用于向PLC芯片42输入设定时间；显示器44与PLC芯片42连接，用于显示当前所设定的时间间隔；PLC芯片42以设定时间为间隔控制发光光源3的闪光。在一种具体实施例中，设定时间为0.005秒、0.01秒、0.02秒、0.03秒、0.04秒或0.05秒。优选设定时间为0.02秒，与电磁式打点计时器的时间相同。电源的电压优选低于36V，避免实验时发生触电危险。在一种具体实施例中输入控制器为数字输入键盘或台式机键盘。

在如图5所示出的实施例中，滑轮52具有两组，每组滑轮沿竖直方向由上至下排布在计时带限位器5的带孔51内；第一滑轮组55与第一滑轮组56之间供感光计时带1通过。如果仅设置一组滑轮组，则感光计时带在与未设置滑轮组的带孔壁接触时，产生摩擦，影响物体的下落速度(降低)，影响实验的准确性。在进一步优选的实施例中，每组滑轮至少为两个，且两个滑轮之间相互间隔，如图5所示，每组滑轮有两个，相互之间在带孔延伸的方向上间隔设置(图5摆放位置下为竖直方向)。按照上述方式设置的滑轮组能够在感光计时带在竖直方向发生偏移时，对感光计时带的位置进行纠正，使实验结果更加准确。

发明人进一步发现，利用本发明上述实施例的用于高中物理实验的计时系统在进行实验使用时，由于感光计时带与计时带限位器或滑轮的较大摩擦，计时准确性还能进一步提高。在本发明另一种计时系统的实施例中，在其他零部件与上述实施例相同的前提下，计时带限位器5还包括感光计时带润滑装置6；感光计时带润滑装置6由滑石粉容纳器61、滑石粉拨轮63和驱动装置64构成；滑石粉容纳器61的下部设有漏粉孔62，滑石粉容纳器61与计时带限位器5的基体连接，漏粉孔62位置与滑轮52的位置相对应；滑石粉拨轮63安装在滑石粉容纳器61的内腔，位置与漏粉孔62相对应；驱动装置64用于驱动滑石粉拨轮63旋转。滑石粉拨轮和驱动装置能够实现滑石粉的自动出料，实现自动润滑的作用，无需使用者手动添加。最为重要的是，设置滑石粉容纳器的位置使漏粉孔位置与滑轮的位置相对应，以此实现对滑轮的自动润滑。

在更优选的实施例中，漏粉孔62在水平方向的长度大于等于滑轮52的长度。按照上述尺寸设置漏粉孔的目的是对感光计时带进行更充分的润滑。

在更优选的实施例中，滑石粉拨轮63的长度大于等于漏粉孔62在水平方向的长度，滑石粉拨轮63叶片上下顶点之间距离大于漏粉孔62在竖直方向的高度。按照上述结构尺寸设置滑石粉拨轮能够在驱动装置静止时防止滑石粉漏出漏粉孔，避免不必要的浪费。同时该设计非常简单，无需额外的封堵盖即可实现封堵。

如图9所示，为本发明一种实施例的感光计时带，感光计时带1包括感光层11、第一防护层12和第二防护层13，感光层11设置在第一防护层12和第二防护层13之间。设置第一防护层和第二防护层的目的是避免感光层在试验过程中被损坏，影响最终显影点的读取。

发明人进一步发现，本发明上述实施例的用于高中物理实验的计时系统在进行实验使用时，由于感光计时带与计时带限位器或滑轮的较大摩擦，计时准确性还能进一步提高。感光计时带1包括感光层11、第一防护层12和第二防护层13，感光层11设置在第一防护层12和第二防护层13之间。感光层11、第一防护层12和第二防护层13在厚度方向侧面上分别设有截面为弧形的条状凸起14。该凸起能够减少在感光计时带运行时与其他零部件的摩擦。

利用上述实施例中的用于高中物理实验的计时系统进行实验计时的方法包括以下步骤:

步骤1、把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。

步骤2、把计时系统固定在木板没有滑轮的一侧。

步骤3、把细绳栓在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码。

步骤4、把穿过计时带限位器的感光计时带固定在小车后面。

步骤5、使小车停在靠近计时带限位器处，光源定时控制器控制发光光源闪光，放开小车运动。

步骤6、断开电源，取出感光计时带。

步骤7、换上新的感光计时带，再重做两次。进一步通过分析感光计时带上间隔的点得到小车的运动特点数据，实验结果更加准确。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (10)

1.一种用于高中物理实验的计时系统，包括计时装置和计时带；其特征在于：所述计时带为感光计时带；所述计时装置包括计时装置基板、发光光源、光源定时控制器和计时带限位器；所述发光光源固定在计时装置基板上；所述光源定时控制器与发光光源电连接，用于控制发光光源以设定的时间间隔进行闪光；所述计时带限位器固定在计时装置基板上，计时带限位器的基体上设有带孔，计时带限位器还包括滑轮和轮轴，所述滑轮通过轮轴安装在所述基体上，用于降低感光计时带与基体的摩擦；所述基体上还设有通光孔，所述通光孔与所述带孔连通，发光光源通过通光孔使位于带孔内的感光计时带感光；所述感光计时带内设有感光层，感光层在发光光源照射下感光形成显影点。

2.根据权利要求1所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述光源定时控制器包括电源、PLC芯片、输入控制器和显示器；所述电源用于对发光光源、PLC芯片和显示器供电；输入控制器用于向PLC芯片输入设定时间；所述显示器与PLC芯片连接，用于显示当前所设定的时间间隔；所述PLC芯片以设定时间为间隔控制发光光源的闪光。

3.根据权利要求2所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述设定时间为0.005秒、0.01秒、0.02秒、0.03秒、0.04秒或0.05秒。

4.根据权利要求1所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述滑轮具有两组，每组滑轮沿竖直方向由上至下排布在计时带限位器的带孔内；第一滑轮组与第二滑轮组之间供感光计时带通过。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述计时带限位器还包括感光计时带润滑装置；所述感光计时带润滑装置由滑石粉容纳器、滑石粉拨轮和驱动装置构成；所述滑石粉容纳器的下部设有漏粉孔，滑石粉容纳器与计时带限位器的基体连接，漏粉孔位置与滑轮的位置相对应；所述滑石粉拨轮安装在所述滑石粉容纳器的内腔，位置与漏粉孔相对应；所述驱动装置用于驱动滑石粉拨轮旋转。

6.根据权利要求5所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述漏粉孔在水平方向的长度大于等于滑轮的长度。

7.根据权利要求5或6所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述滑石粉拨轮的长度大于等于漏粉孔在水平方向的长度，滑石粉拨轮叶片上下顶点之间距离大于漏粉孔在竖直方向的高度。

8.根据权利要求1所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述感光计时带包括感光层、第一防护层和第二防护层，所述感光层设置在第一防护层和第二防护层之间。

9.根据权利要求8所述的用于高中物理实验的计时系统，其特征在于，所述感光层、第一防护层和第二防护层在厚度方向侧面上分别设有截面为弧形的条状凸起。

10.一种实验计时方法，其特征在于，在实验中利用权力要求1-9任一项所述的计时系统进行计时。