CN108961950A - 一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，包括底板，底板上有竖板，竖板上有固定板，固定板通过第一连接板连接支撑板，固定板的转动连接有螺纹盘，固定板下侧面连接有固定块，固定板通过第二连接板连接轨道，固定块内有空槽，空槽的槽底连接有推板，且推板上有连接条，连接条与竖杆连接，竖杆的一端与螺纹盘上的螺纹啮合连接，另一端滑动连接在限位槽内，底板上侧面的一端固定连接有滑杆，另一端转动连接有第二螺杆，本装置可以根据实验需求进行平抛运动、物品碰撞的模拟实验，并且可以得到运动时间、运动轨迹等参数，有效提高模拟实验的准确性，降低实验误差，提高试验成功率，满足物理学实验需求。

Description

一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置

技术领域

本发明涉及物理实验用品技术领域，具体为一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置。

背景技术

物理学是揭示自然规律的一门学科，是推动技术进步的重要学科。为了提高教学过程中的认识概念，让学生更便于理解物理规律，物理学教学过程中会用到很多实验器材。例如用于演示物体水平移动和自由落体结合的平抛运动的实验设备、演示物品碰撞运动的实验器材等，物体以一定的初速度水平方向抛出，如果物体仅受重力作用，这样的运动叫做平抛运动，平抛运动可看作水平方向的匀速直线运动以及竖直方向的自由落体运动的合运动，平抛运动是物理学中比较重要和经典的物理模型，但是现有的平抛运动、小球碰撞运动实验的演示装置，功能单一，无法调节实验的初始参数，且物体的运动轨迹大多都是靠肉眼观看的，无法直观的体现物体的运动轨迹，而且计时也不准确，为解决上述问题本发明提供了一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，包括底板，所述底板的上侧面固定连接有竖板，所述竖板的上侧面连接有固定板，所述固定板的下侧面通过连接杆转动连接有螺纹盘，所述连接杆的上端贯穿固定板并固定连接有转盘，所述固定板的下侧面且位于连接杆的一侧连接有固定块，所述固定板右端通过第二连接板连接有轨道，所述固定块的内部设有空槽，所述空槽与轨道内的滑道相通，空槽的内部滑动连接有推板，所述推板通过第一弹簧与空槽的槽底相连，且推板靠近第一弹簧的一侧面上固定连接有连接条，所述连接条贯穿第一弹簧和空槽的槽底并固定连接有竖杆，所述竖杆的一端与螺纹盘上的螺纹啮合连接，所述竖板的下部侧面设有掉落盒。

优选的，所述掉落盒的内设有承载板，且掉落盒与承载板之间形成暗槽，所述暗槽底部设有触碰开关，且掉落盒与承载板之间连接有第二弹簧。

优选的，所述掉落盒的两侧壁分别啮合有第二螺杆和滑动连接有滑杆，且所述第二螺杆的下端与底板转动连接，滑杆与底板固定连接。

优选的，所述竖板的上侧面设有空腔，所述空腔的内部设有第一螺杆，所述第一螺杆的一端转动连接在空腔的一端侧壁上，另一端贯穿空腔的另一端侧壁并延伸至竖板的外部，所述第一螺杆位于空腔内部的一端外侧啮合连接有滑块，所述滑块的上侧面固定连接有连接块，所述连接块的上端通过空腔腔顶设有的贯穿槽延伸至竖板的外部并与固定板固定连接，所述固定板的下侧面且位于连接杆的一侧通过电磁阀连接有固定块。

优选的，所述竖板的内部设有多个内腔，且每个内腔的内部均放置有深颜色的磁粉，所述竖板内设有滑槽，所述滑槽的内部滑动连接有磁杆，所述磁杆的一端通过滑槽的槽口延伸至竖板的外部并固定连接有把手。

优选的，所述底板的四角均啮合连接有螺栓，所述螺栓的下端均通过其上固定连接的万向球转动连接有底盘，所述固定板的上侧面设有水平仪。

优选的，所述竖板表面设有网格。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过螺纹盘和竖杆之间的配合，实现了顺时针转动螺纹盘可以使与其连接的竖杆向远离固定块的方向运动，从而使推板挤压第一弹簧，当推板运动到指定位置的时候通过转盘和连接杆拉动螺纹盘使其与竖杆脱离连接，这时在第一弹簧会弹开推板从而使小钢球从轨道内落下，当小钢球从轨道内落下的时候会将吸动内腔内部的磁粉使磁粉吸附在内腔的侧壁上，从而可以将小钢球的运动轨迹直观的显示出来，本装置还可以进行碰撞试验，通过螺纹盘来拉动推板可以精确的调节小钢球的初始速度，本装置可以通过调节四个螺栓来保证轨道一直处于水平状态，当找不到合适的实验平台时也可以进行实验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的带有第一连接板的结构示意图I；

图3为本发明的带有第一连接板的结构示意图Ⅱ

图4为本发明竖板与固定板的爆炸图；

图5为本发明固定板与第一连接板和第二连接板的连接示意图；

图6为本发明连接杆与螺纹盘的连接示意图；

图7为本发明图6的A处放大图；

图8为本发明暗槽的内部结构示意图；

图9为本发明内腔的结构示意图。

图中：1、底板，2、竖板，3、空腔，4、贯穿槽，5、滑块，6、连接块，7、固定板，8、第一螺杆，9、第一连接板，10、连接杆，11、转盘，12、螺纹盘，13、让位槽，14、固定条，15、固定柱，16、电磁阀，17、固定块，18、空槽，19、推板，20、第一弹簧，21、连接条，22、竖杆，23、第二连接板，24、轨道，25、暗腔，26、计时器，27、滑杆，28、第二螺杆，29、掉落盒，30、暗槽，31、第二弹簧，32、承载板，33、触碰开关，34、螺栓，35、万向球，36、底盘，37、内腔，38、滑槽，39、磁杆，40、把手，41、第三弹簧，42、卡板，43、卡口，44、卡球，45、支撑板，46、限位槽，47、第一光电传感器，48、第二光电传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，实施例1，一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，包括底板1，底板1是整个装置的承载基础，实验用小钢球作为运动物体，有时因为各种原因有可能放置本装置的位置并不水平，从而会造成影响实验效果，所以具体的所述底板1的四角均啮合连接有螺栓34，所述螺栓34的下端均通过其上固定连接的万向球35转动连接有底盘36，从而能够方便的调节本装置的安转角度。所述固定板7的上侧面设有水平仪，可以随时检测放置的水平与否。

所述底板1的上侧面固定连接有竖板2，竖板上设有网格便于学生实验观察小钢球的运动轨迹，通过多次重复实验确定小钢球和网格的位置，从而绘制出整个平抛运动的轨迹，但是这样需要多次重复实验，并且都是依靠肉眼观察，存在很大的不确定以及不稳定性，为了解决这个问题所述竖板2的内部设有多个内腔37，且每个内腔37的内部均放置有深颜色的磁粉，所述竖板2的一端端面上设有滑槽38，所述滑槽38的内部滑动连接有磁杆39，所述磁杆39的一端通过滑槽38的槽口延伸至竖板2的外部并固定连接有把手40，竖板2的材质为白色半透明的塑料材质，实验用的物体为小钢球可以和磁粉相互作用，当小钢球从竖板2的前面掉落时，磁粉会在磁力的作用下吸附到竖板2的侧壁上，并在静电力的作用下一直吸附在竖板2的侧壁上，从而会在竖板2上直观的显示出小钢球的运动轨迹，多个内腔37的存在将空间分割，有利于通过静电力将磁粉吸附在空腔37的内表面，当需要清理竖板2上的显示轨迹时只需要握住把手40使磁杆39在滑槽38内部来回滑动就可以磁粉被吸回从而达到清理痕迹的目的，另外小钢球与磁粉之间的作用力很小，对小钢球的运动轨迹影响很轻微完全可以满足学生演示实验的精度要求。所述竖板2的上侧面连接有固定板7，所述固定板7的下侧面通过连接杆10转动连接有螺纹盘12，竖板2靠近螺纹盘12的一侧面上设有让位槽13，让位槽13可以让螺纹盘12的一侧延伸至其内部，从而可以在一定程度上减小固定板7的宽度，从而可以使本装置更加的稳固，所述连接杆10的上端贯穿固定板7并固定连接有转盘11，转动转盘11可以通过连接杆10带动螺纹盘12转动，所述固定板7的下侧面且位于连接杆10的一侧连接有固定块17，所述固定板7右端通过第二连接板23连接有轨道24，

所述固定块17的内部设有空槽18，所述空槽18与轨道24内的滑道相通，空槽18的内部滑动连接有推板19，所述推板19通过第一弹簧20与空槽18的槽底相连，且推板19靠近第一弹簧20的一侧面上固定连接有连接条21，所述连接条21贯穿第一弹簧20和空槽18的槽底并固定连接有竖杆22，所述竖杆22的一端与螺纹盘12上的螺纹啮合连接，顺时针转动螺纹盘12，螺纹盘12上的螺旋纹可以使竖杆22向远离固定块17的方向运动，这样会使竖杆22移动的精度大大提高，例如螺纹盘12转动一周时竖杆22滑动1mm，这样可以精确的控制推板19的推力，从而控制小钢球的初始速度，竖杆22在运动的时候会通过连接条21拉动推板19，使其挤压第一弹簧20，当推板19运动到指定位置的时候向上拉动转盘11使螺纹盘12与竖杆22脱离连接，这时第一弹簧20就会将推板19弹开，推板19就会推动实验用的小钢球向右侧运动，所述竖板2的下部侧面设有掉落盒29，用于接收掉落的小钢球，小钢球掉落的高度已知，根据自由落体的公式以及在竖板2上网格上描绘的轨迹可让学生进行验证、计算、以及理解物理定律。

如果能测定小钢球运动的时间，再加上已知的运动高度，则可以进行自由落体的运动计算验证，采用手工计时的方式会因为人的个体差异导致影响数据准备性，再加上是学生验证试验，设备装置不可能做的十分大所以小钢球的运动时间相对较短，微小的误差都有可能造成较大的数据影响，所述底板1上侧面的一端固定连接有滑杆27，另一端转动连接有第二螺杆28，所述底板1的上方设有掉落盒29，所述掉落盒29的一端与第二螺杆28啮合连接，另一端与滑杆27滑动连接，且掉落盒29的上侧面与承载板32形成暗槽30，所述暗槽30的槽底通过第二弹簧31连接有承载板32，承载板32与第二螺杆28以及滑杆27均不接触。并且为了方便测量高度，所述掉落盒29外壁上设有与承载板32位置对应的箭头标尺。转动第二螺杆28可以控制掉落盒29的高度从而控制承载板32的高度可进行不同试验来验证物理定律，所述暗槽30的槽底设有触碰开关33，且触碰开关33与承载板32活动链接，轨道24右端的上侧面固定连接有第一光电传感器47，竖板2的上端侧面上设有计时器26，当小钢球从轨道24内冲出的时候会被第一光电传感器47检测到此时计时器26开始计时，触碰开关33、第一光电传感器47和计时器26电连接，当小钢球落到承载板32上的时候会冲击承载板32使其克服第二弹簧31的弹力挤压到触碰开关33，当承载板32挤压到触碰开关33时计时器26停止计时，从而可以精确的测量小钢球在空中的运动时间，触碰开关33、第一光电传感器47和计时器26均为现有技术特征且其原理和结构也不是本发明的技术特征所在，故本发明不做赘述，例如第一光电传感器47可采用欧姆龙的EE-SX951-R光电传感器，触碰开关33、第一光电传感器47和计时器26均通过电缆与外界电源相通，计时器26位于本装置的右上角方便观察，通过这些元器件可以得到精准的运动时间，从而方便进行运动过程的计算和验证。

实施例2，在实施例1的基础上，本装置还可以模拟两个小刚球的碰撞实验让学生认识和学习动量守恒、能量守恒等物理原理，具体的所述竖板2的上侧面设有空腔3，所述空腔3的内部设有第一螺杆8，所述第一螺杆8的一端转动连接在空腔3的一端侧壁上，另一端贯穿空腔3的另一端侧壁并延伸至竖板2的外部，所述第一螺杆8位于空腔3内部的一端外侧啮合连接有滑块5，所述滑块5的上侧面固定连接有连接块6，所述连接块6的上端通过空腔3腔顶设有的贯穿槽4延伸至竖板2的外部并与固定板7固定连接，转动第一螺杆8可以通过滑块5和连接块6来调节固定板7的位置和与其连接的部件的位置，所述固定板7的下侧面且位于连接杆10的一侧通过电磁阀16连接有固定块17，轨道24靠近固定块17的一端上侧面设有第二光电传感器48，从而让本发明不仅可以做平抛运动的实验还可以用来做碰撞实验，做碰撞实验的时候先将固定板7调节到竖板2的中部，然后将两个小钢球分别放在轨道24内部和推板19的前面，推板19推动其面前的小钢球，当小钢球从空槽18运动到轨道24内部的时候会被第二光电传感器48检测到，这时电磁阀16启动拉动固定块17向上运动(如图3所示)，这时位于轨道24内部的小钢球就会被推板19推动的小钢球撞击出去然后从轨道24的一端掉落，而被推板19推动的小钢球会在反作用力的作用下向回运动，然后从轨道24的另一端掉落，第二光电传感器48、电磁阀16均与控制器电连接，控制器接收到第二光电传感器48的信号后会立刻控制电磁阀16上拉，当实验完毕后可通过控制器让电磁阀16下滑使固定块17复位，第二光电传感器4、电磁阀16、控制器均为现有技术特征且其原理和结构也不是本发明的技术特征所在，故不做赘述例如第二光电传感器48也可采用欧姆龙的EE-SX951-R光电传感器，利用电磁阀16将固定块17拉上来的目的是为了给反弹后的小钢球提供运动空间，另外轨道24的两端下部均设有指示性的箭头标尺方便测量位置和计算数据。

对于实施例1和2来说为了增加螺纹盘12和连接条21的连接稳定性，进一步防止因弹力造成歪斜，所述固定板7左侧面通过第一连接板9连接有支撑板45，所述螺纹盘12的下侧面中部固定连接有固定条14，所述固定条14的下端延伸至固定柱15内部设有的暗腔25内，所述固定柱15固定连接在支撑板45上，所述竖杆22的下端滑动连接在支撑板45上设有的限位槽46的内部，固定条14和固定柱15之间的配合可以让螺纹盘12更加平稳的进行转动，设置限位槽46可防止转动螺纹盘12时带动竖杆22发生扭曲，另外所述暗腔25的腔底通过第三弹簧41连接有卡板42，所述卡板42的上侧面设有多个卡口43，所述固定条14的下端面上固定连接有多个卡球44，多个卡球44和多个卡口43相互卡接，可以在一定程度上让螺纹盘12在任意角度固定，从而方便操作，并且支撑板45的高度略低于连接条21当固定块17移开后，由于实验是为了方便观察和记录物理规律的所以运动速度不会太快，反弹的小钢球移动出轨道24后在下落过程不会碰触到支撑板45，让实验能够稳定的进行。

工作原理：进行平抛运动实验时将小钢球放在推板19的前面，然后转动转盘11使螺纹盘12转动，从而使竖杆22通过连接条21拉动推板19使其挤压第一弹簧20，但竖杆22运动到指定位置的时候拉动转盘11，使螺纹盘12与竖杆22脱离连接，这时在第一弹簧20的作用下推板19会被弹开，从而推动小钢球，给其一定的初始速度，然后小钢球会从轨道24的内部落下，在小钢球从轨道24内落下的瞬间第一光电传感器47会接受到信号从而使计时器26开始计时，在落下的过程中会将内腔37内部的磁粉吸附到内腔37侧壁上，从而显示出小钢球的运动轨迹，当小钢球落到承载板32上的时候承载板32会挤压到触碰开关33，这时计时器26就会停止计时，从而可以显示出小钢球的运动时间。

做碰撞实验的时候先将固定板7调节到竖板2的中部，然后将两个小钢球分别放在轨道24内部和推板19的前面，然后转动转盘11再拉动转盘11使推板19推动其面前的小钢球，当小钢球从空槽18运动到轨道24内部的时候会被第二光电传感器48检测到这时电磁阀16会拉动固定块17向上运动(如图3所示)，这时位于轨道24内部的小钢球就会被推板19推动的小钢球撞击出去然后从轨道24的一端掉落，而被推板19推动的小钢球会在反作用力的作用下向回运动，然后从轨道24的另一端掉落，在掉落过程中会吸动磁粉从而显示运动轨迹。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，包括底板(1)，其特征在于：所述底板(1)的上侧面固定连接有竖板(2)，所述竖板(2)的上侧面连接有固定板(7)，所述固定板(7)的下侧面通过连接杆(10)转动连接有螺纹盘(12)，所述连接杆(10)的上端贯穿固定板(7)并固定连接有转盘(11)，所述固定板(7)的下侧面且位于连接杆(10)的一侧连接有固定块(17)，所述固定板(7)右端通过第二连接板(23)连接有轨道(24)，所述固定块(17)的内部设有空槽(18)，所述空槽(18)与轨道(24)内的滑道相通，空槽(18)的内部滑动连接有推板(19)，所述推板(19)通过第一弹簧(20)与空槽(18)的槽底相连，且推板(19)靠近第一弹簧(20)的一侧面上固定连接有连接条(21)，所述连接条(21)贯穿第一弹簧(20)和空槽(18)的槽底并固定连接有竖杆(22)，所述竖杆(22)的一端与螺纹盘(12)上的螺纹啮合连接，所述竖板(2)的下部侧面设有掉落盒(29)。

2.根据权利要求1所述的一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，其特征在于：所述掉落盒(29)的内设有承载板(32)，且掉落盒(29)与承载板(32)之间形成暗槽(30)，所述暗槽(30)底部设有触碰开关(33)，且掉落盒(29)与承载板(32)之间连接有第二弹簧(31)。

3.根据权利要求1所述的一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，其特征在于：所述掉落盒(29)的两侧壁分别啮合有第二螺杆(28)和滑动连接有滑杆(27)，且所述第二螺杆(28)的下端与底板(1)转动连接，滑杆(27)与底板(1)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，其特征在于：所述竖板(2)的上侧面设有空腔(3)，所述空腔(3)的内部设有第一螺杆(8)，所述第一螺杆(8)的一端转动连接在空腔(3)的一端侧壁上，另一端贯穿空腔(3)的另一端侧壁并延伸至竖板(2)的外部，所述第一螺杆(8)位于空腔(3)内部的一端外侧啮合连接有滑块(5)，所述滑块(5)的上侧面固定连接有连接块(6)，所述连接块(6)的上端通过空腔(3)腔顶设有的贯穿槽(4)延伸至竖板(2)的外部并与固定板(7)固定连接，所述固定板(7)的下侧面且位于连接杆(10)的一侧通过电磁阀(16)连接有固定块(17)。

5.根据权利要求1所述的一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，其特征在于：所述竖板(2)的内部设有多个内腔(37)，且每个内腔(37)的内部均放置有深颜色的磁粉，所述竖板(2)内设有滑槽(38)，所述滑槽(38)的内部滑动连接有磁杆(39)，所述磁杆(39)的一端通过滑槽(38)的槽口延伸至竖板(2)的外部并固定连接有把手(40)。

6.根据权利要求1所述的一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，其特征在于：所述底板(1)的四角均啮合连接有螺栓(34)，所述螺栓(34)的下端均通过其上固定连接的万向球(35)转动连接有底盘(36)，所述固定板(7)的上侧面设有水平仪。

7.根据权利要求1所述的一种物理学平抛、碰撞实验的演示装置，其特征在于：所述竖板(2)表面设有网格。