CN109994024B - 抛物运动实验演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛物运动实验演示装置，支架框体的底部设有记录槽，顶部滑动安装有滑动部件，该滑动部件上设有平抛组件，用于在所述滑动部件匀速滑动的过程中，自动释放实验球；所述支架框体的一端设有沿其高度方向滑动安装的支撑部件，支撑部件上设有斜抛筒，斜抛筒靠近记录槽的一端敞口，另一端与支撑部件铰接，该斜抛筒内滑动安装有操作部件，该操作部件与斜抛筒的筒底之间设有弹性元件。本发明的有益效果是：能够记录平抛、斜抛运动的初始参数、以及运动结束时的相关参数，有利于学生对该运动进行分析计算，实验演示效果较好。

Description

抛物运动实验演示装置

技术领域

本发明属于物理实验技术领域，具体涉及一种抛物运动实验演示装置。

背景技术

抛物运动是指具有一定初速度的物体，在地面附近不大的范围内，仅在重力作用下的运动。在高中物理学习中，抛物运动属于必学章节，主要包括对平抛运动和斜抛运动的学习。

平抛运动是指物体水平抛出后仅在重力作用下的运动，斜抛运动是指物体斜向上或斜向下抛出后在重力作用下的运动。

而对于这两种抛物运动的学习，课堂中最常见的演示方式是，老师通过抛物的方式演示，该演示过程中，由于无法准确记录物体抛出点、落地点，以及无法准确确定物体的抛出方向，所以学生并不能通过老师的演示，对该运动的运动过程进行后续的分析计算，演示效果一般，达不到物理演示实验的相关要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种抛物运动实验演示装置，能够记录平抛、斜抛运动的初始参数、以及运动结束时的相关参数，有利于学生对该运动进行分析计算，实验演示效果较好。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种抛物运动实验演示装置，其关键在于：包括支架框体，所述支架框体的底部设有记录槽，顶部滑动安装有滑动部件，该滑动部件上设有平抛组件，用于在所述滑动部件滑动的过程中，自动释放实验球；所述支架框体的一端设有支撑部件，该支撑部件能够沿支架框体高度方向滑动，支撑部件上设有斜抛筒，斜抛筒一端与支撑部件铰接，其远离铰接点的一端敞口，该斜抛筒的两侧设有滑孔，斜抛筒内滑动安装有操作部件，操作部件的两端设有从斜抛筒内部穿出所述滑孔的手持部分，该操作部件的中部与斜抛筒的筒底之间设有弹性元件。

采用上述结构，滑动部件在支架框体顶部匀速滑动时，平抛组件自动释放实验球，能够构成平抛运动，并且能保证实验球的初始速度方向为水平方向。同时，如果在滑动部件移动中，等时间间隙的投放实验球，此情形下，实验球会等间距的落在记录槽上，通过在记录槽内铺设复写纸，或者铺设沙子就能够直观的反映出各实验球之间的间隙，以及各自的水平位移。

斜抛筒可以用来进行斜抛实验，该机构能够很好地确认斜抛实验时，实验球的高度、抛出角度以及抛出力度等参数，有利于学生对该运动进行实验后的分析计算。

作为优选：所述支架框体的顶部设有两根平行布置的滑轨，两根滑轨之间设有同步带，以及驱动同步带转动的马达，所述滑动部件的两侧与两根对应的所述滑轨滑动配合，滑动部件的中部与所述同步带固定。采用上述结构，马达工作即可驱动滑动部件在支架框体的顶部滑动。

作为优选：所述滑动部件内部具有倾斜设置的实验球通道，实验球通道的低位端设有出口，滑动部件在对应该出口位置设有水平滑槽，所述平抛组件包括驱动电机，以及滑动安装在所述水平滑槽内的挡片，挡片与驱动电机之间设有连杆，连杆的一端转动连接在挡片上，另一端与驱动电机的输出轴偏心铰接。采用上述结构，实验球预装在实验球通道内，初始状态下，挡片堵住出口，由于实验球通道是倾斜设置的，所以第一个实验球会自动滚落在挡片上，在滑动部件匀速滑动的过程中，驱动电机通过连杆带动挡片在水平滑槽内滑动，使挡片离开出口，然后实验球因重力缘故则会自动下落，挡片每往返运动一次，释放一颗实验球。

作为优选：所述支撑部件上设有第一滑槽，第一滑槽内滑动安装有第一滑块，该第一滑块与所述斜抛筒之间通过第一连杆连接，第一连杆的两端分别与第一滑块和斜抛筒转动连接，所述第一滑块上配置有锁紧螺钉。采用上述结构，移动第一滑块在第一滑槽内的位置，就可实现斜抛筒倾斜角度的调节，在实验过程中拧紧锁紧螺钉，能够对斜抛筒起到固定作用，从而便于实验者操作。

作为优选：所述斜抛筒外壁上设有沿滑孔长度方向分布的压力刻度线，所述第一滑槽一侧具有能够反映斜抛筒倾角的角度刻度线。采用上述结构，便于记录实验的初始数据。

作为优选：所述支撑部件与支架框体滑动连接的位置设有锁定螺钉。采用上述结构，便于调节支撑部件的实验高度。

作为优选：所述记录槽的一侧设有位移刻度线，并在位移刻度线的长度方向铺设有指示灯，所述支架框体在滑动安装有支撑部件的一端设有高度刻度线。采用上述结构，便于记录实验的初始数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的抛物运动实验演示装置，滑动部件在支架框体顶部匀速滑动时，平抛组件自动释放实验球，能够构成平抛运动，并且能保证实验球的初始速度方向为水平方向。同时，如果在滑动部件移动中，等时间间隙的投放实验球，此情形下，实验球会等间距的落在记录槽上，通过在记录槽内铺设复写纸，或者铺设沙子就能够直观的反映出各实验球之间的间隙，以及各自的水平位移。斜抛筒可以用来进行斜抛实验，该机构能够很好地确认斜抛实验时，实验球的高度、抛出角度以及抛出力度等参数，有利于学生对该运动进行实验后的分析计算。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中Ⅰ处局部放大图；

图3为图1中Ⅱ处局部放大图；

图4为反应平抛组件内部结构的剖视图；

图5为斜抛筒的剖视图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种抛物运动实验演示装置，支架框体1的底部设有记录槽1a，抛物实验时，实验球5落在该记录槽1a内，记录槽1a可以通过铺设复写纸或铺设沙子的方式来记录实验球5的水平位移，为便于记录水平位移，该记录槽1a的一侧设有位移刻度线1e。

如图1、2和4所示，支架框体1的顶部设有两根平行布置的滑轨1b，两根滑轨1b之间设有同步带1c，以及驱动同步带1c转动的马达1d，支架框体1的顶部设有滑动部件2，滑动部件2的两侧对应的滑动安装在两根滑轨1b上，滑动部件2的中部与所述同步带1c固定连接，在该结构下，马达1d工作即可驱动滑动部件2在支架框体1的顶部滑动。

上述滑动部件2上设有平抛组件3，在马达1d驱动滑动部件2在支架框体1的顶部匀速滑动时，平抛组件3自动释放实验球5，以构成平抛运动。平抛组件3的具体结构如下所述：

滑动部件2内部具有倾斜设置的实验球通道2a，实验球通道2a的低位端设有出口2b，滑动部件2在对应该出口2b位置设有水平滑槽2c，平抛组件3包括驱动电机3a，以及滑动安装在所述水平滑槽2c内的挡片3b，挡片3b与驱动电机3a之间设有连杆3c，连杆3c的一端转动连接在挡片3b上，另一端与驱动电机3a的输出轴偏心铰接，实验球预装在实验球通道2a内，初始状态下，挡片3b堵住出口2b，由于实验球通道2a是倾斜设置的，所以第一个实验球会自动滚落在挡片3b上，在滑动部件2匀速滑动的过程中，驱动电机3a通过连杆3c带动挡片3b在水平滑槽2c内滑动，使挡片3b离开出口2b，然后实验球因重力缘故则会自动下落。

上述挡片3b每往返运动一次，释放一颗实验球，通过控制驱动电机3a每隔一段时间工作一次，还能够实现等时间间隙的投放实验球5，此情形下，实验球5等间距的落在记录槽1a内。

支架框体1的四周安装有挡板，挡板采用透明材料制成，这样能够防止实验球飞出，并方便学生观察实验过程、采集实验数据。

为了使平抛运动的演示更直观、更生动有趣，滑动部件2做成飞机模型。

如图1、3和5所示，支架框体1的一端设有沿其高度方向滑动安装的支撑部件4a，支撑部件4a上设有斜抛筒4b，斜抛筒4b靠近记录槽1a的一端敞口，另一端与支撑部件4a铰接，支撑部件4a上设有第一滑槽4e，第一滑槽4e内滑动安装有第一滑块4f，该第一滑块4f与斜抛筒4b之间通过第一连杆4g连接，第一连杆4g的两端分别与第一滑块4f和斜抛筒4b转动连接，第一滑块4f上配置有锁紧螺钉4i。移动第一滑块4f在第一滑槽4e内的位置，就可实现斜抛筒4b倾斜角度的调节，在实验过程中拧紧锁紧螺钉4i，能够对斜抛筒4b起到固定作用，从而便于实验者操作。

斜抛筒4b内滑动安装有操作部件4c，该操作部件4c与斜抛筒4b的筒底之间设有弹性元件4d，斜抛筒4b的两侧设有滑孔4h，操作部件4c包括位于斜抛筒4b内部的支撑部分4c1，以及从斜抛筒4b内部穿出所述滑孔4h的手持部分4c2。在进行斜抛实验时，实验球5装入斜抛筒4b内，用力向后拉动操作部件4c，然后释放操作部件4c即可完成斜抛。

本实施例中，弹性元件4d优选地设置为压缩弹簧。

为便于学生记录实验的初始数据，斜抛筒4b在对应滑孔4h位置设有压力刻度线4j，斜抛筒4b相对于支撑部件4a的倾角，经换算后设置在第一滑槽4e位置。

为便于调节支撑部件4a的使用高度，支撑部件4a与支架框体1滑动连接的位置设有锁定螺钉4m。

位移刻度线1e的长度方向铺设有指示灯，学生在模拟斜抛实验前，通过预设的角度、高度、弹力等初始参数，计算出实验球5的水平位移，然后提前开启相应位置的指示灯，实验中即可验证弹出的实验球5是否掉落在该开启的指示灯位置。

再如图1和2所示，支架框体1顶部的两端设有支撑座1g，支撑座1g上均转动安装有齿形轮1f，同步带1c为齿形带，并套装在支架框体1两端的齿形轮1f上，马达1d的输出轴驱动其中一个齿形轮1f转动。

再如图1、4、5所示，采用本发明提供的实验装置，除了能够进行独立的斜抛和平抛实验，还可以进行碰撞实验，碰撞实验的操作方法如下所述：

滑动部件2从支架框体1远离斜抛筒4b的一端向靠近斜抛筒4b的方向滑动，在该滑动过程中，平抛组件3释放实验球，斜抛筒4b发射实验球，由于斜抛筒4b的中心线与实验球通道2a的中心线位于同一平面内，所以计算出斜抛筒4b的请倾角以及发射力度，能够让斜抛筒4b内的实验球与任意一个从平抛组件3落下的实验球发生碰撞，从而完成实验球的碰撞实验。该实验过程中，不仅完成了碰撞演示，还提升了学生的推理计算能力。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抛物运动实验演示装置，其特征在于：包括支架框体(1)，所述支架框体(1)的底部设有记录槽(1a)，顶部滑动安装有滑动部件(2)，该滑动部件(2)上设有平抛组件(3)，用于在所述滑动部件(2)滑动的过程中，自动释放实验球；

所述支架框体(1)的一端设有支撑部件(4a)，该支撑部件(4a)能够沿支架框体(1)高度方向滑动，支撑部件(4a)上设有斜抛筒(4b)，斜抛筒(4b)一端与支撑部件(4a)铰接，其远离铰接点的一端敞口，该斜抛筒(4b)的两侧设有滑孔(4h)，斜抛筒(4b)内滑动安装有操作部件(4c)，操作部件(4c)的两端设有从斜抛筒(4b)内部穿出所述滑孔(4h)的手持部分(4c2)，该操作部件(4c)的中部与斜抛筒(4b)的筒底之间设有弹性元件(4d)；

所述支架框体(1)的顶部设有两根平行布置的滑轨(1b)，两根滑轨(1b)之间设有同步带(1c)，以及驱动同步带(1c)转动的马达(1d)，所述滑动部件(2)的两侧与两根对应的所述滑轨(1b)滑动配合，滑动部件(2)的中部与所述同步带(1c)固定；

所述滑动部件(2)内部具有倾斜设置的实验球通道(2a)，实验球通道(2a)的低位端设有出口(2b)，滑动部件(2)在对应该出口(2b)位置设有水平滑槽(2c)，所述平抛组件(3)包括驱动电机(3a)，以及滑动安装在所述水平滑槽(2c)内的挡片(3b)，挡片(3b)与驱动电机(3a)之间设有连杆(3c)，连杆(3c)的一端转动连接在挡片(3b)上，另一端与驱动电机(3a)的输出轴偏心铰接。

2.根据权利要求1所述的抛物运动实验演示装置，其特征在于：所述支撑部件(4a)上设有第一滑槽(4e)，第一滑槽(4e)内滑动安装有第一滑块(4f)，该第一滑块(4f)与所述斜抛筒(4b)之间通过第一连杆(4g)连接，第一连杆(4g)的两端分别与第一滑块(4f)和斜抛筒(4b)转动连接，所述第一滑块(4f)上配置有锁紧螺钉(4i)。

3.根据权利要求2所述的抛物运动实验演示装置，其特征在于：所述斜抛筒(4b)外壁上设有沿滑孔(4h)长度方向分布的压力刻度线(4j)，所述第一滑槽(4e)一侧具有能够反映斜抛筒(4b)倾角的角度刻度线(4k)。

4.根据权利要求1所述的抛物运动实验演示装置，其特征在于：所述支撑部件(4a)与支架框体(1)滑动连接的位置设有锁定螺钉(4m)。

5.根据权利要求1所述的抛物运动实验演示装置，其特征在于：所述记录槽(1a)的一侧设有位移刻度线(1e)，并在位移刻度线(1e)的长度方向铺设有指示灯，所述支架框体(1)在滑动安装有支撑部件(4a)的一端设有高度刻度线。

6.根据权利要求1所述的抛物运动实验演示装置，其特征在于：所述斜抛筒(4b)的中心线与实验球通道(2a)的中心线位于同一平面内。

7.根据权利要求1所述的抛物运动实验演示装置，其特征在于：所述支架框体(1)的四周安装有挡板，挡板采用透明材料制成。

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