CN110992786A - 一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法 - Google Patents

一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110992786A
CN110992786A CN201911305420.XA CN201911305420A CN110992786A CN 110992786 A CN110992786 A CN 110992786A CN 201911305420 A CN201911305420 A CN 201911305420A CN 110992786 A CN110992786 A CN 110992786A
Authority
CN
China
Prior art keywords
siot
track
stripe
server
signal processor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911305420.XA
Other languages
English (en)
Inventor
廖作东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201911305420.XA priority Critical patent/CN110992786A/zh
Publication of CN110992786A publication Critical patent/CN110992786A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
    • G09B23/08—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for statics or dynamics
    • G09B23/10—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for statics or dynamics of solid bodies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于SIoT运动力学实验装置，包括轨道板、实验车、控制盒和配重钩码，所述轨道板为长条形板体，实验车设置在轨道板上，并沿着轨道板运动；所述控制盒固定在实验车顶端，在实验车底部固定有光电传感器，在控制盒内部设置有信号处理器，所述信号处理器与光电传感器电性连接；所述轨道板上设置有条纹带，条纹带与轨道板长度方向相互垂直，且沿着轨道板长度方向均匀设置有多道；在轨道板一端设置有定滑轮，定滑轮通过支架与轨道板固定；所述实验车侧面设置有牵引绳，牵引绳从定滑轮上穿过，且牵引绳与配重钩码相互连接；所述信号处理器连接有SIoT服务器，SIoT服务器连接有管理终端。

Description

一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及实验教学设备技术领域，具体为一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法。
背景技术
匀变速直线运动的研究是现有高中物理课程中的一大重点，高中实验手册介绍两类有关匀变速直线运动研究的实验仪器，其一为传统打点计时器加纸带，另外一种则为DIS朗威数字实验仪器。
其中传统打点计数器的关键步骤包括打点计时器的固定、小车与纸带的连接、打点计时器与纸带的连接、接通打点计时器的电源等，这些步骤要求学生都要谨慎处理，如果其中某一步没做好，往往导致实验结果的误差较大。因此需要不断重复的实验，得出的实验结果不直观，需要手工一段一段距离测量。纸带消耗大，时间浪费多，无法引导学生专注实验数据的分析和误差的优化处理。
而DIS实验直接得出是v-t图像，缺乏中间环节包括数据误差处理，数据分析，再到数学建模这一过程；学生无法通过实验过程而培养出我们所期望的通过观察小车运动状况，采集数据，分析误差，建立数学建模，生成函数图像这一关键环节学习。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法，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：一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法，包括轨道板、实验车、控制盒和配重钩码，所述轨道板为长条形板体，实验车设置在轨道板上，且沿着轨道板运动；所述控制盒固定在实验车顶端，在实验车底部固定有光电传感器，在控制盒内部设置有信号处理器，所述信号处理器与光电传感器电性连接；所述轨道板上设置有条纹带，所述条纹带与轨道板的长度方向相互垂直，且沿着条纹带长度方向均匀设置有多道；在轨道板一端设置有定滑轮，定滑轮通过支架与轨道板固定；所述实验车侧面设置有牵引绳，牵引绳从定滑轮上穿过，且牵引绳与配重钩码相互连接；所述信号处理器连接有SIoT服务器，SIoT服务器连接有管理终端。
优选的，所述牵引绳在绷直状态下与轨道板板面相互平齐。
优选的，所述管理终端为计算机、智能手机、平板电脑中的任意一种。
优选的，所述信号处理器、SIoT服务器与之间的连接方式包括但不限于无线连接、蓝牙连接和ZigBee连接，所述SIoT服务器与管理终端通过网络连接。
优选的，本发明还提供了一种基于SIoT运动力学实验装置的使用方法，包括如下步骤，
S1：确定轨道板的倾斜角度、条纹带的间隔距离；
S2：在轨道板上设置条纹带，同时固定轨道板使其稳定放置，在管理终端记录轨道板的倾斜角度以及条纹带的间隔距离；
S3：将实验车沿着轨道板拉向远离定滑轮的一端，之后松开；
S4：实验车在配重钩码的拉动下沿着轨道板向定滑轮方向移动，移动过程中，光电传感器记录实验车经过条纹带的时间；
S5：光电传感器将数据传递到信号处理器中，并经由信号处理器将数据发送到SIoT服务器中；
S6：管理终端从SIoT服务器中下载原始数据，并进行数据处理；
S7：对步骤S6中所获得的数据结果，通过图表加以显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在原有传统实验平台的基础上，增加微控制器和传感器，运用物联网技术，获取小车运动数据，分析并处理数据，进而反馈和改进实验设备；通过信息技术-物理-数学学科融合，开创学生探究的活动，深化物理和数学知识的记忆与理解。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的信号流程图；
图3为本发明的管理终端软件演示图；
图4为本发明的实施例一数据图；
图5为本发明的实施例二数据图；
图6为本发明的实施例三数据图；
图7为本发明的实施例四数据图；
图8为本发明的实施例四数据图；
图9为本发明的实施例五数据图；
图中标号：1、轨道板；11、条纹带；12、定滑轮；2、实验车；21、牵引绳；3、控制盒；4、配重钩码。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法，包括轨道板1、实验车2、控制盒3和配重钩码4，所述轨道板1为长条形板体，实验车2设置在轨道板上，且沿着轨道板1运动；所述控制盒3固定在实验车2顶端，在实验车2底部固定有光电传感器，在控制盒3内部设置有信号处理器，所述信号处理器与光电传感器电性连接；所述轨道板1上设置有条纹带11，所述条纹带11与轨道板1的长度方向相互垂直，且沿着条纹带11长度方向均匀设置有多道；在轨道板1一端设置有定滑轮12，定滑轮12通过支架与轨道板1固定；所述实验车2侧面设置有牵引绳21，牵引绳21从定滑轮12上穿过，且牵引绳21与配重钩码4相互连接；所述信号处理器连接有SIoT服务器，SIoT服务器连接有管理终端。
进一步的，所述牵引绳21在绷直状态下与轨道板1板面相互平齐。
进一步的，所述管理终端为计算机、智能手机、平板电脑中的任意一种。
进一步的，所述信号处理器、SIoT服务器与之间的连接方式包括但不限于无线连接、蓝牙连接和ZigBee连接，所述SIoT服务器与管理终端通过网络连接。
进一步的，本发明还提供了一种基于SIoT运动力学实验装置的使用方法，包括如下步骤，
S1：确定轨道板1的倾斜角度、条纹带11的间隔距离；
S2：在轨道板1上设置条纹带11，同时固定轨道板1使其稳定放置，在管理终端记录轨道板1的倾斜角度以及条纹带11的间隔距离；
S3：将实验车2沿着轨道板1拉向远离定滑轮12的一端，之后松开；
S4：实验车2在配重钩码4的拉动下沿着轨道板1向定滑轮12方向移动，移动过程中，光电传感器记录实验车2经过条纹带11的时间；
S5：光电传感器将数据传递到信号处理器中，并经由信号处理器将数据发送到SIoT服务器中；
S6：管理终端从SIoT服务器中下载原始数据，并进行数据处理；
S7：对步骤S6中所获得的数据结果，通过图表加以显示。
工作原理：在使用时，确定好轨道板1的倾斜角度以及条纹带11的间隔距离，实验车2在配重钩码4的拉动下沿着轨道板1移动，实验车2下侧的光电传感器会记录实验车2经过每条条纹带11的时间点，并将数据传递到控制盒3中的数据处理器中，经由数据处理器将数据传递到SIoT服务器中，管理终端从SIoT服务器中下载原始数据，并进行数据处理，最终用图表显示。
实施例一：如图4所示，为本发明的匀速直线运动数据图。
实验过程为：将轨道板1水平放置，给实验车2一个瞬间拉力，通过条纹带11的时间差，收集数据并进行分析，获得数据图；其中瞬间拉力可以通过配重钩码4实现。
实施例二：如图5所示，为本发明的匀加速直线运动数据图。
实验过程为：将轨道板1水平放置，在实验车2一端使用配重钩码4牵引实验车2前进，通过条纹带11的时间差，收集数据并进行分析，获得数据图。
实施例三：如图6所示，为本发明的匀减速直线运动数据图。
实验过程为：将轨道板1倾斜向上放置，给实验车2一个瞬间拉力，通过条纹带11的时间差，收集数据并进行分析，获得数据图；其中瞬间拉力可以通过配重钩码4实现。
实施例四：如图7、图8所示，为本发明的牛顿第二定律数据图。
主要为数据处理过程，从图中能够直观获得质量与加速度的关系。
实施例五：如图9所示，为机械能守恒数据图。
主要为数据处理过程，从图中能够直观获得重力势能与动能的关系。
通过实施例一、实施例二、实施例三能够直观的了解到匀速直线运动、匀加速直线运动、匀减速直线运动的速度时间关系；过程中通过改变实验车2质量、改变配重钩码4重量、改变轨道板1的倾斜速度，对结果加以验证，便于学生加深认知，加深了解。
值得注意的是：整个装置通过总控制按钮对其实现控制，由于控制按钮匹配的设备为常用设备，属于现有成熟技术，在此不再赘述其电性连接关系以及具体的电路结构。
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 (5)

1.一种基于SIoT运动力学实验装置，其特征在于：包括轨道板(1)、实验车(2)、控制盒(3)和配重钩码(4)，所述轨道板(1)为长条形板体，实验车(2)设置在轨道板上，且沿着轨道板(1)运动；所述控制盒(3)固定在实验车(2)顶端，在实验车(2)底部固定有光电传感器，在控制盒(3)内部设置有信号处理器，所述信号处理器与光电传感器电性连接；所述轨道板(1)上设置有条纹带(11)，所述条纹带(11)与轨道板(1)的长度方向相互垂直，且沿着条纹带(11)长度方向均匀设置有多道；在轨道板(1)一端设置有定滑轮(12)，定滑轮(12)通过支架与轨道板(1)固定；所述实验车(2)侧面设置有牵引绳(21)，牵引绳(21)从定滑轮(12)上穿过，且牵引绳(21)与配重钩码(4)相互连接；所述信号处理器连接有SIoT服务器，SIoT服务器连接有管理终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于SIoT运动力学实验装置，其特征在于：所述牵引绳(21)在绷直状态下与轨道板(1)板面相互平齐。
3.根据权利要求1所述的一种基于SIoT运动力学实验装置，其特征在于：所述管理终端为计算机、智能手机、平板电脑中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于SIoT运动力学实验装置，其特征在于：所述信号处理器、SIoT服务器与之间的连接方式包括但不限于无线连接、蓝牙连接和ZigBee连接，所述SIoT服务器与管理终端通过网络连接。
5.根据权利要求1～4所述的一种基于SIoT运动力学实验装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：确定轨道板(1)的倾斜角度、条纹带(11)的间隔距离；
S2：在轨道板(1)上设置条纹带(11)，同时固定轨道板(1)使其稳定放置，在管理终端记录轨道板(1)的倾斜角度以及条纹带(11)的间隔距离；
S3：将实验车(2)沿着轨道板(1)拉向远离定滑轮(12)的一端，之后松开；
S4：实验车(2)在配重钩码(4)的拉动下沿着轨道板(1)向定滑轮(12)方向移动，移动过程中，光电传感器记录实验车(2)经过条纹带(11)的时间；
S5：光电传感器将数据传递到信号处理器中，并经由信号处理器将数据发送到SIoT服务器中；
S6：管理终端从SIoT服务器中下载原始数据，并进行数据处理；
S7：对步骤S6中所获得的数据结果，通过图表加以显示。
CN201911305420.XA 2019-12-18 2019-12-18 一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法 Pending CN110992786A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911305420.XA CN110992786A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911305420.XA CN110992786A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110992786A true CN110992786A (zh) 2020-04-10

Family

ID=70094877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911305420.XA Pending CN110992786A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110992786A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040115594A1 (en) * 2002-10-18 2004-06-17 Schoendorff Arthur Joseph Teaching apparatus for mechanics principles
CN201936503U (zh) * 2011-03-01 2011-08-17 孙宏强 牛顿第二定律新型实验装置
US20170192034A1 (en) * 2016-01-05 2017-07-06 Pasco Scientific Wireless smart devices having integrated force, position, acceleration, and rotational sensing for science education
CN108766134A (zh) * 2018-04-27 2018-11-06 江苏苏威尔科技有限公司 一种自由落体运动实验器及其控制方法
CN208607825U (zh) * 2017-12-28 2019-03-15 浙江师范大学 一种匀加速直线运动数字化实验装置
CN109712490A (zh) * 2019-02-25 2019-05-03 韩嘉言 一种基于计算机视觉技术的变速直线运动实验测量方法和系统
CN208889136U (zh) * 2018-04-28 2019-05-21 浙江师范大学 一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具
CN209232227U (zh) * 2018-05-25 2019-08-09 浙江胜昔信息科技有限公司 一种探究牛顿第二定律的实验装置
CN209328311U (zh) * 2018-11-20 2019-08-30 哈尔滨师范大学 一种基于光电技术验证动量守恒定律的实验装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040115594A1 (en) * 2002-10-18 2004-06-17 Schoendorff Arthur Joseph Teaching apparatus for mechanics principles
CN201936503U (zh) * 2011-03-01 2011-08-17 孙宏强 牛顿第二定律新型实验装置
US20170192034A1 (en) * 2016-01-05 2017-07-06 Pasco Scientific Wireless smart devices having integrated force, position, acceleration, and rotational sensing for science education
CN208607825U (zh) * 2017-12-28 2019-03-15 浙江师范大学 一种匀加速直线运动数字化实验装置
CN108766134A (zh) * 2018-04-27 2018-11-06 江苏苏威尔科技有限公司 一种自由落体运动实验器及其控制方法
CN208889136U (zh) * 2018-04-28 2019-05-21 浙江师范大学 一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具
CN209232227U (zh) * 2018-05-25 2019-08-09 浙江胜昔信息科技有限公司 一种探究牛顿第二定律的实验装置
CN209328311U (zh) * 2018-11-20 2019-08-30 哈尔滨师范大学 一种基于光电技术验证动量守恒定律的实验装置
CN109712490A (zh) * 2019-02-25 2019-05-03 韩嘉言 一种基于计算机视觉技术的变速直线运动实验测量方法和系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
庞竞彬等: "基于物联网技术的物理开放实验设计及教学实践初探", 《广西物理》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102542849A (zh) 形成性评测系统
CN105147284A (zh) 一种改进型人体平衡功能检测方法与训练系统
CN202486999U (zh) 形成性评测系统
Bonaiuto et al. A pilot study on the e-kayak system: A wireless DAQ suited for performance analysis in flatwater sprint kayaks
CN103654798B (zh) 一种情绪监测与记录方法及其装置
CN202932929U (zh) 多个终端的人机反应时检测装置
CN108196998A (zh) 一种状态识别方法、移动设备及服务器
CN103077491A (zh) 课堂教学模式分析方法
Aguero et al. Measuring reference-free total displacements of piles and columns using low-cost, battery-powered, efficient wireless intelligent sensors (LEWIS2)
CN102521475A (zh) 一种运动设备的运动轨迹描绘方法
CN110992786A (zh) 一种基于SIoT运动力学实验装置及其使用方法
CN106683407A (zh) 一种山区高速公路道路试验离合器踏板开度信号检测系统的数据处理方法
CN110045283A (zh) 一种电机运行检测系统及方法
CN207052160U (zh) 一种多用途力学实验演示轨道
CN218630885U (zh) 一种重点人多维数据采集装置
CN107397552A (zh) 面向移动终端应用的人体重量和平衡性测量装置及其测量方法
CN206847771U (zh) 齿轮箱异响检测器
CN206920466U (zh) 一种数字化加速度测量系统
CN106767781A (zh) 跌落测试预埋传感器的六自由度运动轨迹数据处理方法
CN103130059B (zh) 一种电梯平衡系数测量仪及其检测方法
CN207248470U (zh) 特高压直流旁路开关抗震试验装置
CN112903821A (zh) 基于成组弹簧振子的桥站结构自振特性测试方法
Zhang et al. The research on talent education for AI-based IoT system development and implementation by the CDIO concept
CN212378737U (zh) 一种智能化桥梁静载试验装备
CN204600486U (zh) 运动协调测试仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200410