CN112216187A - 一种物理实验力学装置 - Google Patents

Abstract

一种物理实验力学装置，它涉及物理教具技术领域；盒子内设置有拉力计、滑块和砝码；外壳包括拉环安装孔、对射传感器安装孔、连接块安装孔、夹线槽、滑槽、复位孔。拉环为圆形通孔，其内安装有拉环，所述对射传感器安装孔呈半圆状，其内安装有电路板上的对射传感器，所述连接块安装孔安装有连接块，所述夹线槽为一内凹槽位，安装有电路板上的线缆，刻度盘与滑槽滑动连接，所述复位孔为一小孔，孔内安装有电路板上的复位按钮。本发明智能化程度高，实时监测，数据可靠，操作简单，可实时监控拉力值、滑块运动信息和盒子的状态并对数据进行保存分析，实时给定实验分数。

Description

一种物理实验力学装置

技术领域

本发明涉及物理教具技术领域，具体涉及一种物理实验力学装置。

背景技术

物理是一门以观察和实验为基础的自然科学，物理学的实验基础、理论体系及研究方法在学生智能结构的发展中占有非常重要的地位。由于物理本身比较抽象，如若能在物理实验教学中培养学生的发散思维和创造能力，则对学生认知能力的提高，创造能力的萌发都将起着强有力的作用，因此很多学生专门设置了物理实验课程，在学生对相关物理元器件的操作过程中，提高了学生对相关元器件的认知能力和动手能力，进而提高了学生对物理课程的兴趣。

在物理实验力学实验中，操作者需要操作拉力计拉动滑块完成相关的物理实验操作，操作完后需要把拉力计、滑块和砝码等放回原位。拉力计是一种用来测量拉力的力学仪器，具有高精度、易操作及携带方便之优点，在物理实验力学实验中，需要用到机械式的拉力计拉动滑块，通过读取拉力计上刻度盘上的数值得出拉力值。进而获取相关的实验操作分数，在物理实验力学考试中，则是由老师观察学生的操作，从而来评定物理实验分数。

目前大多的物理力学实验，存在以下问题：

① 物理实验力学考试中，需由老师观察学生的操作，来给定实验分数，评分效率低，且存在误判的可能性；

② 物理实验力学考试中，拉片是否回到原点位置，只能通过人眼判别，无法通过智能的方法检测；

③ 物理实验力学考试中，学生操作拉力计的拉力值，只能通过人眼判别，无法通过智能的方法检测；

④ 目前的滑块大多有木块简单加工而成，外观粗糙；

⑤ 物理力学实验中，学生拉动滑块的运动轨迹，运动速度，运动距离，无法通过智能的方法检测；

⑥ 物理力学实验中，学生拉动滑块是否规范，只能通过人眼判别，无法通过智能的方法检测；

⑦ 目前大多的物理实验力学放置盒子，对于拉力计、滑块和砝码放置的地方，没有专门且智能化的放置区域，一般为比较简单的放置平面。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的物理实验力学装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含拉力计、滑块和盒子；所述的盒子内设置有拉力计、滑块和砝码；所述的拉力计包含外壳、刻度盘、拉钩、拉片、拉环、盖板、磁铁、电路板、无线感应线圈、电池、连接块、弹簧、弹簧安装块、重力传感器；所述的外壳包括拉环安装孔、对射传感器安装孔、连接块安装孔、夹线槽、滑槽、复位孔。所述拉环为圆形通孔，其内安装有拉环，所述对射传感器安装孔呈半圆状，其内安装有电路板上的对射传感器，所述连接块安装孔安装有连接块，所述夹线槽为一内凹槽位，安装有电路板上的线缆，所述刻度盘与滑槽滑动连接，所述复位孔为一小孔，孔内安装有电路板上的复位按钮。

所述刻度盘包括刻度盘本体、缺口、原点、刻度、拉力数值、凸起。所述刻度盘本体呈长方形，所述刻度盘上设置有长方形形状的缺口，拉片与缺口滑动连接，所述原点为拉力计的初始原点，所述刻度为刻度盘上的力的刻度表示，呈阵列排布，所述拉力数字为拉力计拉力的具体数值，由小到大均匀排布。刻度盘与滑槽滑动连接，所述凸起位于刻度盘的上部，呈一横条凸起。

所述拉钩上端与拉片固定。

所述拉片包括拉钩安装孔、指示片、弹簧安装孔、拉片下端与拉钩固定，上端与弹簧固定，所述拉钩安装孔内安装有拉钩，所述指示片与拉力计装配后，位于刻度盘的上方，初始位置指向原点，所述弹簧安装孔安装有弹簧。

所述拉环呈金属材质，为一环形，安装于拉环安装孔内。

所述盖板呈长方形，通过螺栓与外壳固定装配在一起， 盖板下部设有一凹槽，凹槽内安装磁铁。

所述磁铁设于盖板的凹槽内，可以在拉力计放回原位时判断拉力计是否在指定的位置。

所述电路板呈长方形，包括基板、对射传感器、复位按钮、电路板螺孔。所述基板为电路板的基体，所述对射传感器设有两个，呈对称分布，所述复位按钮位于电路板的下部，所述电路板螺孔通过螺栓与外壳固定装配。

所述无线感应线圈位于电路板的上方，与电路板电连接。

所述电池与电路板电连接。

所述连接块呈L型，设有螺孔，其一端与重力传感器螺丝连接，另一端与外壳固定连接。

所述弹簧一端勾接弹簧安装块，另一端旋入拉片上的弹簧安装孔。

所述弹簧安装块设有螺孔，一端与重力传感器固定连接，另外一端与弹簧相接。

所述重力传感器与电路板电连接。

滑块包括壳体，载物盘，重力感应器，连接件，第四电路板，电源，第一电路板、第二电路板、第三电路板，第一透镜，第二透镜，第三透镜，盖板，无线线圈，磁体。所述壳体包括拉钩，第一滑面，第二滑面，第三滑面，第四滑面，磁铁安装位，复位孔。所述拉钩为一圆柱缺口，所述第一滑面为滑块的下底面，盖板安装在内，所述第二滑面和第三滑面为滑块的侧面，所述第四滑面位于滑块的背面，上方设有磁铁安装位和复位孔，所述磁铁安装位为一凹槽，磁体嵌入安装在凹槽内，所述复位孔为一小孔，孔内安装有第四电路板上的复位按钮。

所述载物盘下部与重力感应器通过螺栓连接。

所述重力感应器上部与载物盘连接，下部与连接件连接，与第四电路板电连接。

所述连接件设于壳体上部，包括重力传感器安装位，电池安装位，第四电路板安装位.，凸台。所述重力传感器安装位上设有两个螺孔，安装有重力感应器，所述电池安装位四周设有卡接电源的定位挡板，所述第四电路板安装位安装第四电路板，所述凸台位于连接件的下部。

所述第四电路板设于连接件的上方，其与第一电路板，第二电路板，第三电路板电连接，第四电路板包括基板、复位按钮、电路板螺孔。所述基板为第四电路板的基体，所述电路板螺孔通过螺栓与连接件固定装配。

所述电源设于连接板上部，与第四电路板电连接。

所述第一电路板设于第一滑面的背面， 第二电路板设于第二滑面的背面， 第三电路板设于第三滑面的背面，第一电路板包括基体， 发光二极管， 光电传感器，装配螺孔，所述基体为第一电路板的基体，所述发光二极管焊接在第一电路板上，所述光电传感器焊接在第一电路板上，所述装配螺孔通过螺栓与壳体固定装配。

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜分别设于第一滑面，第二滑面，第三滑面的上方，在第一电路板，第二电路板，第三电路板的下方，设有光线透镜。

所述盖板呈长方形，设于第一滑面的下方。

所述无线线圈，第四滑面的背面，与第四电路板电连接。

所述磁体设于磁铁安装位的凹槽内。

盒子包括上盖，下盖，电源插口，USB插口，开关，第一接触传感器，第二接触传感器，第一无线充电圈，第二无线充电圈，第五电路板，第六电路板。所述上盖包括拉力计放置位，滑块放置位，第一砝码放置位，第二砝码放置位，电源安装位，USB安装位，开关安装位，第一接触传感器安装位，第二接触传感器安装位，第一无线充电圈安装位， 第二无线充电圈安装位，第一电路板安装位，第二电路板安装位，下盖安装孔。所述拉力计放置位呈凹槽状，凹陷轮廓与拉力计截面轮廓相当，所述滑块放置位呈凹槽状，凹陷轮廓与滑块截面轮廓相当，所述第一砝码放置位和第二砝码放置位呈凹槽状，凹陷轮廓与砝码截面轮廓相当，所述电源安装位固定电源插口，所述USB安装位固定USB插口，所述开关安装位固定开关，所述第一接触传感器安装位呈L型，上有两个螺孔，固定第一接触传感器，所述第二接触传感器安装位呈L型，上有两个螺孔，固定第二接触传感器，所述第一无线充电圈安装位粘附第一无线充电圈，所述第二无线充电圈安装位粘附第二无线充电圈，所述第一电路板安装位固定第五电路板，所述第二电路板安装位固定第六电路板，所述下盖安装孔固定装配下盖。

所述下盖设于上盖的下部，通过螺栓固定上盖。

所述电源插口固定在上盖的电源安装位上。

所述USB插口固定在USB安装位上。

所述开关15C固定在开关安装位上。

所述第一接触传感器通过螺栓固定在第一接触传感器安装位， 第一接触传感器的感应部位贴住上盖的表面，第一接触传感器的前端为第一砝码放置位。第一接触传感器与第五电路板电连接。

所述第二接触传感器通过螺栓固定在第二接触传感器安装位，第二接触传感器的感应部位贴住上盖的表面，第二接触传感器的前端为第二砝码放置位。第二接触传感器与第五电路板电连接。

所述第一无线充电圈粘附在第一无线充电圈安装位上，第一无线充电圈对着拉力计的无线感应线圈。

所述第二无线充电圈粘附在第二无线充电圈安装位上，第二无线充电圈对着拉力计的无线感应线圈。

所述第五电路板呈长条形，与电源插口，USB插口，开关，第六电路板电连接，包括基板、磁感应传感器，电路板螺孔。所述基板为第五电路板的基体，磁感应传感器焊接在基板上，所述电路板螺孔用于螺栓与上盖固定装配。

所述第六电路板呈长方形，与第五电路板电连接，包括基板， 磁感应传感器，电路板螺孔。所述基板为第一电路板的基体，磁感应传感器焊接在基板上，所述电路板螺孔通过螺栓与上盖固定装配。

采用上述结构后，本发明产生的有益效果为：

1、物理实验力学考试中，老师只需要给学生定下考试内容后，学生操作相关的器件，然后拉力计和滑块通过蓝牙或者wifi把数据传输到后台的处理设备，后台设备采集回来的实时拉力值和滑块状态信息，一方面可以保存在设备上，另外一方面可以与学生输入到设备的读取的拉力值进行比较，判断学生的读数是否准确，从而可以从后台判断学生的操作是否准确，每个步骤的分数是否能获取，学生提交后，考试结束，即可马上知道该学生考试的分数，实现了对整个力学装置的实时监控及智能操作。大大的提高了物理实验的考试效率，也减少了老师重复单调的评分工作，减少了成绩误判的可能性；

2、物理实验力学考试中，通过电路板上的对射传感器是否有信号来判别拉力计初始位是否回到原点，从而可以判断学生的操作是否符合要求，因此通过后台的程序来给定物理实验成绩，取代人为肉眼给定成绩的传统做法；

3、物理实验力学考试中，使用者操作滑块时，后台可以实时监测到滑块哪一滑面与外部平面接触，可以判断到滑块的运动轨迹，可以监测到滑块的运动速度，运动时间和运动距离，还可以检测到载物盘上的重物重量；

4、拉力计和滑块在不改变现有传统物理实验拉力计的外形和结构，对力学实验的拉力计、滑块和盒子进行了智能化的升级，达到智能监控的目的，优化后不影响学生操作元器件的步骤和习惯；

5、拉力计和滑块采用了重力传感器对拉力值和负载值进行读取识别，具有精度高，且识别拉力值灵敏度高的特征，所采集到的数据可以通过蓝牙或者wifi传输到外部设备上；

6、拉力计和滑块上设有充电电池，可以对电路板进行供电，摆脱了需要外部线缆对电路板供电的方式，且设有无线感应线圈可以对拉力计进行无线充电；

7、拉力计和滑块上有磁铁，通过磁感应，可以判断学生在操作完拉力计后，是否把拉力计放回原位；

8、滑块上设有不同的滑面，滑面的面积和材质有所差异，可以在不同的滑面上实现多个力学滑动实现；

9、盒子通过电路板上的磁感应是否有信号来判别拉力计和滑块是否放回原位，通过接触传感器来判断砝码是否放回原位，从而可以判断学生的操作是否符合要求；

10、盒子在拉力计和滑块放回到原位时，可以对拉力计和滑块进行无线充电，智能化程度高。

附图说明

图1是本发明拉力计的结构图；

图2是本发明拉力计的背面结构图；

图3是本发明拉力计的内部结构图；

图4是本发明拉力计电路板内侧的结构图；

图5是本发明拉力计的分解结构图；

图6是本发明拉力计的外壳结构图；

图7是本发明拉力计刻度盘的结构图；

图8是本发明拉力计凸起的结构图；

图9是本发明拉力计拉片的结构图；

图10是本发明拉力计电路板的结构图；

图11是本发明滑块的结构图；

图12是本发明滑块的剖视图；

图13是本发明滑块的分解图；

图14是本发明滑块的壳体结构图；

图15是本发明滑块壳体的内部结构图；

图16是本发明滑块连接件的结构图；

图17是本发明滑块第四电路板的结构图；

图18是本发明滑块第一电路板的结构图；

图19是本发明滑块和砝码的结构图；

图20是本发明盒子的结构图；

图21是本发明盒子上盖的内部结构图；

图22是本发明盒子的内部结构图；

图23是本发明盒子的上盖结构图；

图24是本发明盒子的上盖内安装位的结构图；

图25是本发明盒子第五电路板的结构图；

图26是本发明盒子第六电路板的结构图；

图27是本发明盒子放置拉力计、滑块和砝码的结构图；

图28是本发明拉力计的磁铁位结构图；

图29是本发明滑块的磁铁位结构图；

图30是本发明滑块和拉力计的组合结构图；

图31是本发明滑块、拉力计和砝码的组合结构图。

具体实施方式

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参看如图1——31所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含拉力计A、滑块B和盒子C；所述的盒子C内设置有拉力计A、滑块B和砝码；所述的拉力计A包含外壳11、刻度盘12、拉钩13、拉片14、拉环15、盖板16、磁铁17、电路板18、无线感应线圈19、电池20、连接块21、弹簧22、弹簧安装块23、重力传感器24；所述的外壳11包括拉环安装孔111、对射传感器安装孔112、连接块安装孔113、夹线槽114、滑槽115、复位孔116。所述拉环111为圆形通孔，其内安装有拉环15，所述对射传感器安装孔112呈半圆状，其内安装有电路板18上的对射传感器，所述连接块安装孔113安装有连接块21，所述夹线槽114为一内凹槽位，安装有电路板18上的线缆，所述刻度盘12与滑槽115滑动连接，所述复位孔116为一小孔，孔内安装有电路板18上的复位按钮183。

所述刻度盘12包括刻度盘本体121、缺口122、原点123、刻度124、拉力数值125、凸起126。所述刻度盘本体121呈长方形，所述刻度盘12上设置有长方形形状的缺口122，拉片14与缺口122滑动连接，所述原点123为拉力计的初始原点，所述刻度124为刻度盘12上的力的刻度表示，呈阵列排布，所述拉力数字125为拉力计拉力的具体数值，由小到大均匀排布。刻度盘12与滑槽115滑动连接，所述凸起126位于刻度盘12的上部，呈一横条凸起。

所述拉钩13上端与拉片14固定。

所述拉片14包括拉钩安装孔141、指示片142、弹簧安装孔143、拉片14下端与拉钩13固定，上端与弹簧22固定，所述拉钩安装孔141内安装有拉钩13，所述指示片142与拉力计装配后，位于刻度盘12的上方，初始位置指向原点123，所述弹簧安装孔143安装有弹簧22。

所述拉环15呈金属材质，为一环形，安装于拉环安装孔111内。

所述盖板16呈长方形，通过螺栓与外壳11固定装配在一起， 盖板116下部设有一凹槽，凹槽内安装磁铁17。

所述磁铁17设于盖板16的凹槽内，可以在拉力计放回原位时判断拉力计是否在指定的位置。

所述电路板18呈长方形，包括基板181、对射传感器182、复位按钮183、电路板螺孔184。所述基板181为电路板18的基体，所述对射传感器182设有两个，呈对称分布，所述复位按钮183位于电路板18的下部，所述电路板螺孔184通过螺栓与外壳11固定装配。

所述无线感应线圈19位于电路板18的上方，与电路板18电连接。

所述电池20与电路板18电连接。

所述连接块21呈L型，设有螺孔，其一端与重力传感器24螺丝连接，另一端与外壳11固定连接。

所述弹簧22一端勾接弹簧安装块23，另一端旋入拉片14上的弹簧安装孔143。

所述弹簧安装块23设有螺孔，一端与重力传感器24固定连接，另外一端与弹簧22相接。

所述重力传感器24与电路板18电连接。

滑块B包括壳体11B，载物盘12B，重力感应器13B，连接件14B，第四电路板15B，电源16B， 第一电路板17B、第二电路板18B、第三电路板19B，第一透镜20B，第二透镜21B，第三透镜22B，盖板23B，无线线圈24B，磁体25B。所述壳体11B包括拉钩111B，第一滑面112B，第二滑面113B，第三滑面114B，第四滑面115B，磁铁安装位116B，复位孔117B。所述拉钩111B为一圆柱缺口，所述第一滑面112B为滑块的下底面，盖板23B安装在内，所述第二滑面113B和第三滑面114B为滑块的侧面，所述第四滑面115B位于滑块的背面，上方设有磁铁安装位116B和复位孔117B，所述磁铁安装位116B为一凹槽，磁体25B嵌入安装在凹槽内，所述复位孔117B为一小孔，孔内安装有第四电路板15B上的复位按钮。

所述载物盘12B下部与重力感应器13B通过螺栓连接。

所述重力感应器13B上部与载物盘12B连接，下部与连接件14B连接，与第四电路板15B电连接。

所述连接件14B设于壳体11B上部，包括重力传感器安装位141B，电池安装位142B，第四电路板安装位143B.，凸台144B。所述重力传感器安装位141B上设有两个螺孔，安装有重力感应器13B，所述电池安装位142B四周设有卡接电源16B的定位挡板，所述第四电路板安装位143B安装第四电路板15B，所述凸台144B位于连接件14B的下部。

所述第四电路板15B设于连接件14B的上方，其与第一电路板17B，第二电路板18B，第三电路板19B电连接，第四电路板15B包括基板151B、复位按钮152B、电路板螺孔153B。所述基板151B为第四电路板15B的基体，所述电路板螺孔153B通过螺栓与连接件14B固定装配。

所述电源16B设于连接板14B上部，与第四电路板15B电连接。

所述第一电路板17B设于第一滑面112B的背面， 第二电路板18B设于第二滑面113B的背面， 第三电路板19B设于第三滑面114B的背面，第一电路板17B包括基体171B， 发光二极管172B， 光电传感器173B，装配螺孔174B，所述基体171B为第一电路板17B的基体，所述发光二极管172B焊接在第一电路板17B上，所述光电传感器173B焊接在第一电路板17B上，所述装配螺孔174B通过螺栓与壳体11B固定装配。

所述第一透镜20B、第二透镜21B、第三透镜22B分别设于第一滑面112B，第二滑面113B，第三滑面114B的上方，在第一电路板17B，第二电路板18B，第三电路板19B的下方，设有光线透镜201B。

所述盖板23B呈长方形，设于第一滑面112B的下方。

所述无线线圈24B，第四滑面115B的背面，与第四电路板15B电连接。

所述磁体25B设于磁铁安装位116B的凹槽内。

盒子C包括上盖11C，下盖12C，电源插口13C，USB插口14C，开关15C，第一接触传感器16C，第二接触传感器17C，第一无线充电圈18C，第二无线充电圈19C，第五电路板20C，第六电路板21C。所述上盖11C包括拉力计放置位1101，滑块放置位1102，第一砝码放置位1103，第二砝码放置位1104，电源安装位1105， USB安装位1106，开关安装位1107，第一接触传感器安装位1108，第二接触传感器安装位1109，第一无线充电圈安装位1110， 第二无线充电圈安装位1111，第一电路板安装位1112，第二电路板安装位1113，下盖安装孔1114。所述拉力计放置位1101呈凹槽状，凹陷轮廓与拉力计截面轮廓相当，所述滑块放置位1102呈凹槽状，凹陷轮廓与滑块截面轮廓相当，所述第一砝码放置位1103和第二砝码放置位1104呈凹槽状，凹陷轮廓与砝码截面轮廓相当，所述电源安装位1105固定电源插口13，所述USB安装位1106固定USB插口14C，所述开关安装位1107固定开关15C，所述第一接触传感器安装位1108呈L型，上有两个螺孔，固定第一接触传感器16C，所述第二接触传感器1109安装位呈L型，上有两个螺孔，固定第二接触传感器17C，所述第一无线充电圈安装位1110粘附第一无线充电圈18C，所述第二无线充电圈安装位1111粘附第二无线充电圈19C，所述第一电路板安装位1112固定第五电路板20C，所述第二电路板安装位1113固定第六电路板21C，所述下盖安装孔1114固定装配下盖12C。

所述下盖12C设于上盖11C的下部，通过螺栓固定上盖11C。

所述电源插口13C固定在上盖11C的电源安装位1105上。

所述USB插口14C固定在USB安装位1106上。

所述开关15C固定在开关安装位1107上。

所述第一接触传感器16C通过螺栓固定在第一接触传感器安装位1108， 第一接触传感器16C的感应部位贴住上盖11C的表面，第一接触传感器16C的前端为第一砝码放置位1103。第一接触传感器16C与第五电路板20C电连接。

所述第二接触传感器17C通过螺栓固定在第二接触传感器安装位1109，第二接触传感器17C的感应部位贴住上盖11C的表面，第二接触传感器17C的前端为第二砝码放置位1104。第二接触传感器17C与第五电路板20C电连接。

所述第一无线充电圈18C粘附在第一无线充电圈安装位1110上，第一无线充电圈18C对着拉力计的无线感应线圈。

所述第二无线充电圈19C粘附在第二无线充电圈安装位1111上，第二无线充电圈19C对着拉力计的无线感应线圈。

所述第五电路板20C呈长条形，与电源插口13C，USB插口14C，开关15C，第六电路板21C电连接，包括基板201C、磁感应传感器202C，电路板螺孔203C。所述基板201C为第五电路板20C的基体，磁感应传感器202C焊接在基板201C上，所述电路板螺孔203C用于螺栓与上盖11C固定装配。

所述第六电路板21C呈长方形，与第五电路板20C电连接，包括基板211C， 磁感应传感器212C，电路板螺孔213C。所述基板211C为第一电路板21C的基体，磁感应传感器212C焊接在基板211C上，所述电路板螺孔213C通过螺栓与上盖11C固定装配。

本具体实施方式拉力计工作时，检查电池的电量，确保电量能满足使用的时间，在使用过程中，使用者观察拉片上的指示片的位置是否对准刻度盘上的原点，如没回到原点，则调整移动刻度盘沿着外壳上的滑槽上下滑动，最终使到拉片上的指示片的位置对准刻度盘上的原点。然后用拉钩勾住需要拉动的物体，手部拿着拉环，然后把拉力计放置水平，往前拉动拉力计，从而一起拉动物体往前运动，此时指示片也在刻度盘上滑动，从刻度盘读取上的拉力数值即为所拉动物体的拉力，此部分为使用者观察到的拉力值。

另外一个方面，使用者在调整移动刻度盘最终使到拉片上的指示片的位置对准刻度盘上的原点时，电路板上的对射传感器判断其前方是否有凸起，如有则说明指示片已对准原点，从而可以从后台判断出指示片是否回到原点。使用者在使用拉力计拉动外部物体时，因为拉钩，拉片，弹簧，弹簧安装块，重力传感器是连接成一个整体的，所以拉钩所拉扯的拉力可以传递到重力传感器，重力传感器所获取到的拉力值信号传输到电路板，电路板通过蓝牙或者wifi把信号传输到外部设备进行保存和分析，通过外部设备的分析，可以判断实时的拉力值，可以判断操作者的操作是否符合规范，可以判断操作者的操作是否合格，在具体的物理实验考试中，可以直接在外部设备上根据学生的操作来给学生对应实验分数，实现了物理实验力学拉力计的实时监控及智能评分。

需要提出的是，在外部设备的操作显示屏上，在使用者操作拉力计时，后台可以实时监测到实时的拉力值，使用者用眼睛看到外部拉力计的拉力数值，可以在操作显示屏上进行数据输入，后台可以对使用者输入的拉力数值和从重力传感器获取到的拉力数值进行比较，在使用者操作结束时，根据外部设备后台的已经设定的评分标准，可以实时给出使用者该次操作的实验分数。如使用者对分数有异议时，可以在外部设备上调回当时操作过程的拉力数值，来通过数据监控判断是否有误判成绩的情况。

需要提出的是，本拉力计外部设有磁铁，操作者把拉力计放回原位时，通过磁感应，可以判断学生在操作完拉力计后，是否把拉力计放回原位。

需提出的是，当拉力计出现死机的情况时，可以通过用尖物穿过复位孔按下电路板上的复位按钮，达到对拉力计进行电路复位的操作。

滑块在工作时，检查电池的电量，确保电量能满足使用的时间，在使用过程中，使用者使用外部设备勾住拉钩，如在物理实验中，需用拉力计勾住滑块，可以选择第一滑面，第二滑面，第三滑面其中的一面与外部平面E接触，然后拉动滑块往前运动。滑动匀速运动时，记录拉力计的读数，从而得出滑块匀速运动时的拉力。如需要负重时，在载物盘上放入一定重量的重物，如砝码D，然后再拉动滑块。

另外一个方面，使用者在拉动滑块时，如第一滑面与外部平面E接触，在滑块往前运动的过程中，发光二极管不断的发出亮光，通过光线透镜反射后由光电传感器接受，第一电路板接收到光电传感器的光电信号，然后把信号传输到第四电路板，第四电路板通过蓝牙或者wifi把信号传输到外部设备进行保存和分析，通过外部设备的分析，可以判断滑块哪一滑面与外部平面接触，可以判断到滑块的运动轨迹，可以监测到滑块的运动速度，运动时间和运动距离，进一步的，可以判断操作者的操作是否符合规范，可以判断操作者的操作是否合格，在具体的物理实验考试中，可以直接在外部设备上根据学生的操作来给学生对应实验分数，实现了物理实验力学滑块的实时监控及智能评分。

需要提出的是，当需要在载物盘上放置重物时，因为载物盘，重力传感器，连接块，外壳是连接成一个整体的，所以载物盘上的重力信息可以传递到重力传感器，重力传感器所获取到的重力值信号传输到第四电路板，第四电路板通过蓝牙或者wifi把信号传输到外部设备进行保存和分析，通过外部设备的分析，可以判断实时的重力值，可以判断操作者的操作是否符合规范，可以判断操作者的操作是否合格，进一步的实现了物理实验力学滑块的实时监控及智能评分。

需要提出的是，在外部设备的操作显示屏上，在使用者操作滑块时，后台可以实时监测到滑块哪一滑面与外部平面接触，可以判断到滑块的运动轨迹，可以监测到滑块的运动速度，运动时间和运动距离，还可以检测到载物盘上的重物重量。在使用者操作结束时，根据外部设备后台的已经设定的评分标准，可以实时给出使用者该次操作的实验分数。如使用者对分数有异议时，可以在外部设备上调回当时操作过程的相关数据，来通过数据监控判断是否有误判成绩的情况。

需要提出的是，本滑块外部设有磁铁，操作者把滑块放回原位时，通过磁感应，可以判断学生在操作完滑块后，是否把滑块放回原位。

需提出的是，当滑块出现死机的情况时，可以通过用尖物穿过复位孔按下第四电路板上的复位按钮，达到对滑块进行电路复位的操作。

盒子在工作时，主要是在学生操作完物理实验力学装置时，特别是拉力计、滑块、砝码等，需要放置在原位，从而判断学生是否能拿到该项分数。

学生在放回拉力计时，需要把拉力计朝上放在拉力计放置位的凹槽内，当放置后，第一电路板的磁感应传感器检测其上方及周边区域是否有磁性，如有磁性，则说明拉力计放置到位，如无磁性，则说明拉力计没有放置到位。

学生在放回滑块时，需要把滑块的拉钩朝上放在滑块放置位的凹槽内，当放置后，第二电路板的磁感应传感器检测其上方及周边区域是否有磁性，如有磁性，则说明滑块放置到位，如无磁性，则说明滑块没有放置到位。

学生在放回砝码时，需要把大小重力不一的砝码朝上放在第一砝码放置位，第二砝码放置位的凹槽内，当放置后，第一接触传感器和第一接触传感器检测其上方及周边区域是否有信号，如有信号，则说明砝码放置到位，如无信号，则说明砝码没有放置到位。

另外一个方面，操作者在放置拉力计、滑块、砝码放置在盒子上时，第一电路板和第二电路板采集到相关的磁信号或者传感器信号，第二电路板相关的信号传递到第五电路板，第六电路板通过USB插口把信号传输到外部设备进行保存和分析，通过外部设备的分析，可以判断拉力计、滑块、砝码是否放置在盒子的指定位置上，可以判断操作者的操作是否符合规范，可以判断操作者的操作是否合格，在具体的物理实验考试中，可以直接在外部设备上根据学生的操作来给学生对应实验分数，实现了物理实验力学拉力计的实时监控及智能评分。如使用者对分数有异议时，可以在外部设备上调回当时操作过程的数值，来通过数据监控判断是否有误判成绩的情况。

需要提出的是，本盒子在拉力计和滑块放回到原位时，可以对拉力计和滑块进行无线充电，智能化程度高。

当要进行物理实验力学实验时，学生从盒子上把拉力计和滑块取出，然后通过拉力计的拉钩勾住滑块的挂钩，然后选择滑块合适的滑面，在特定的介质表面上进行滑动，当滑块匀速运动时，学生记录下实时的拉力计拉力值，通过不同的滑面和滑块配重的实验，得出不同的数据值，当实验结束后，学生把拉力计、滑块和砝码放回盒子原来的位置，即完成物理力学实验。

在物理力学实验考试过程中，目前常规的做法是学生按照实验考试安排，对拉力计和滑块进行实验操作，然后老师根据学生的操作步骤给出相应的步骤分及最终的成绩，但采用本发明后，老师只需要给学生定下考试内容后，学生操作相关的元器件，然后通过蓝牙或者wifi连接到后台的处理设备，即可知道学生所连接的拉力计和滑块的运动信息，能获取到拉力计的拉力值，滑块的哪一滑面与外部平面接触，可以判断到滑块的运动轨迹，可以监测到滑块的运动速度，运动时间和运动距离，还可以检测到载物盘上的重物重量，从而可以从后台知道学生的操作是否准确，每个步骤的分数是否能获取，学生提交后，考试结束，即可马上知道该学生考试的分数，实现了对整个力学装置的实时监控及智能操作。大大的提高了物理实验的考试效率，也减少了老师重复单调的评分工作，减少了成绩误判的可能性。

当物理力学实验结束后，学生把拉力计、滑块和砝码放回盒子原来的位置，此时盒子对拉力计和盒子进行无线充电，为下一次实验做准备。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种物理实验力学装置，其特征在于：它包含拉力计、滑块和盒子；所述的盒子内设置有拉力计、滑块和砝码；所述的拉力计包含外壳、刻度盘、拉钩、拉片、拉环、盖板、磁铁、电路板、无线感应线圈、电池、连接块、弹簧、弹簧安装块、重力传感器；所述的外壳包括拉环安装孔、对射传感器安装孔、连接块安装孔、夹线槽、滑槽、复位孔；所述拉环为圆形通孔，其内安装有拉环；所述对射传感器安装孔呈半圆状，其内安装有电路板上的对射传感器；所述连接块安装孔安装有连接块；所述夹线槽为一内凹槽位，安装有电路板上的线缆；所述刻度盘与滑槽滑动连接，所述复位孔为一小孔，孔内安装有电路板上的复位按钮；

滑块包括壳体，载物盘，重力感应器，连接件，第四电路板，电源，第一电路板、第二电路板、第三电路板，第一透镜，第二透镜，第三透镜，盖板，无线线圈，磁体；所述壳体包括拉钩，第一滑面，第二滑面，第三滑面，第四滑面，磁铁安装位，复位孔；所述拉钩为一圆柱缺口；所述第一滑面为滑块的下底面，盖板安装在内；所述第二滑面和第三滑面为滑块的侧面；所述第四滑面位于滑块的背面，上方设有磁铁安装位和复位孔；所述磁铁安装位为一凹槽，磁体嵌入安装在凹槽内；所述复位孔为一小孔，孔内安装有第四电路板上的复位按钮；

盒子包括上盖，下盖，电源插口，USB插口，开关，第一接触传感器，第二接触传感器，第一无线充电圈，第二无线充电圈，第五电路板，第六电路板；所述上盖包括拉力计放置位，滑块放置位，第一砝码放置位，第二砝码放置位，电源安装位，USB安装位，开关安装位，第一接触传感器安装位，第二接触传感器安装位，第一无线充电圈安装位，第二无线充电圈安装位，第一电路板安装位，第二电路板安装位，下盖安装孔；所述拉力计放置位呈凹槽状，凹陷轮廓与拉力计截面轮廓相当；所述滑块放置位呈凹槽状，凹陷轮廓与滑块截面轮廓相当；所述第一砝码放置位和第二砝码放置位呈凹槽状，凹陷轮廓与砝码截面轮廓相当，所述电源安装位固定电源插口；所述USB安装位固定USB插口；所述开关安装位固定开关；所述第一接触传感器安装位呈L型，上有两个螺孔，固定第一接触传感器；所述第二接触传感器安装位呈L型，上有两个螺孔，固定第二接触传感器；所述第一无线充电圈安装位粘附第一无线充电圈；所述第二无线充电圈安装位粘附第二无线充电圈；所述第一电路板安装位固定第五电路板；所述第二电路板安装位固定第六电路板；所述下盖安装孔固定装配下盖。

2.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述刻度盘包括刻度盘本体、缺口、原点、刻度、拉力数值、凸起。所述刻度盘本体呈长方形，所述刻度盘上设置有长方形形状的缺口，拉片与缺口滑动连接，所述原点为拉力计的初始原点，所述刻度为刻度盘上的力的刻度表示，呈阵列排布，所述拉力数字为拉力计拉力的具体数值，由小到大均匀排布。刻度盘与滑槽滑动连接，所述凸起位于刻度盘的上部，呈一横条凸起。

3.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述拉钩上端与拉片固定。

4.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述拉片包括拉钩安装孔、指示片、弹簧安装孔、拉片下端与拉钩固定，上端与弹簧固定，所述拉钩安装孔内安装有拉钩，所述指示片与拉力计装配后，位于刻度盘的上方，初始位置指向原点，所述弹簧安装孔安装有弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述连接件设于壳体上部，包括重力传感器安装位，电池安装位，第四电路板安装位.，凸台。所述重力传感器安装位上设有两个螺孔，安装有重力感应器，所述电池安装位四周设有卡接电源的定位挡板，所述第四电路板安装位安装第四电路板，所述凸台位于连接件的下部。

6.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述第四电路板设于连接件的上方，其与第一电路板，第二电路板，第三电路板电连接，第四电路板包括基板、复位按钮、电路板螺孔。所述基板为第四电路板的基体，所述电路板螺孔通过螺栓与连接件固定装配。

7.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述第一电路板设于第一滑面的背面，第二电路板设于第二滑面的背面，第三电路板设于第三滑面的背面，第一电路板包括基体，发光二极管，光电传感器，装配螺孔，所述基体为第一电路板的基体，所述发光二极管焊接在第一电路板上，所述光电传感器焊接在第一电路板上，所述装配螺孔通过螺栓与壳体固定装配。

8.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述第一接触传感器通过螺栓固定在第一接触传感器安装位，第一接触传感器的感应部位贴住上盖的表面，第一接触传感器的前端为第一砝码放置位。第一接触传感器与第五电路板电连接。

9.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述第二接触传感器通过螺栓固定在第二接触传感器安装位，第二接触传感器的感应部位贴住上盖的表面，第二接触传感器的前端为第二砝码放置位。第二接触传感器与第五电路板电连接。

10.根据权利要求1所述的一种物理实验力学装置，其特征在于：所述第五电路板呈长条形，与电源插口，USB插口，开关，第六电路板电连接，包括基板、磁感应传感器，电路板螺孔。所述基板为第五电路板的基体，磁感应传感器焊接在基板上，所述电路板螺孔用于螺栓与上盖固定装配。

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