CN112614408A - 一种教学用物理实验演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物理实验装置技术领域，具体涉及一种教学用物理实验演示装置，包括基板、引导组件和测量模块，基板后侧中部固定安装有L型支架，基板的左右两侧别安装有对称分布的导向组件和牵引机构，用于拉伸线绳的引导组件设置在L型支架上，用于调整引导机构高度的驱动机构设置在L型支架背面，引导轮与两个导向轮构成不同规格的“品”字状，使得绳索呈现不同角度的拉力方向，通过调节引导轮的高度，可以观测绳索不同角度的状态，在检测伸缩受拉力的程度时，通过测量模块检测拉力，因此可以便于学生可以直接观测绳索在运行时所受到的拉力，添加电控模块能使装置与多媒体设备连接，并在多媒体屏幕上以动态模型的形式呈现给学生。

Description

一种教学用物理实验演示装置

技术领域

本发明涉及物理实验装置技术领域，具体说是一种教学用物理实验演示装置。

背景技术

教学演示是近几年国家大力推广的一种教学模式，现代的教学演示模式通过多媒体设备对教学内容进行动态展示，相较于传统教学模式，现代的教学模式能更大的提高学生的学习积极性，使教学内容丰富有趣，进而培养学生的创新思维和创造能力，符合新世纪不同领域对人才素质的需求。

物理学(physics)是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科，研究物质的运动规律和物质基本结构需要涉及大量实验，在传统物理课授课过程中，关于拉伸方面的实验往往是采用讲授方法来解释由于不同的拉力，引起弹簧形成不同程度的拉伸，这样的方式比较枯燥抽象，且实验设备有限，无法使所有学生观察到实验设备的运作状况，造成无法对力学原理进行充分演示操作，若能将物理实验装置和数字教育结合，可很好的提高实验设备的实用性、多元性。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种教学用物理实验演示装置，包括基板、引导组件和测量模块，基板后侧中部固定安装有L型支架，基板的左右两侧别安装有对称分布的导向组件和牵引机构，用于拉伸线绳的引导组件设置在L型支架上，用于调整引导机构高度的驱动机构设置在L型支架背面，引导轮与两个导向轮构成不同规格的“品”字状，使得绳索呈现不同角度的拉力方向，通过调节引导轮的高度，可以观测绳索不同角度的状态，在检测伸缩受拉力的程度时，通过测量模块检测拉力，因此可以便于学生可以直接观测绳索在运行时所受到的拉力，添加电控模块能使装置与多媒体设备连接，并在多媒体屏幕上以动态模型的形式呈现给学生。

本发明解决技术问题，所采用的技术方案是：

一种教学用物理实验演示装置，包括基板、引导组件和测量模块，在基板中部设置有L型支架，在基板的左右两侧分别安装有导向组件，所述导向组件包括导向轮和安装架，所述导向轮通过安装架固定安装在基板上，且左右两侧导向组件中的导向轮同轴设置；

所述引导组件包括U型架和轴转连接在U型架内的引导轮；

所述测量模块设置在L型支架与引导组件之间，测量模块包括拉力传感器和滑动杆，拉力传感器的测量端连接在滑动杆上，在滑动杆上端的顶部安装有限位帽，在滑动杆的下部设置有阻碍盘，在滑动杆的杆体上套设有弹簧，弹簧的上端抵接在L型支架的顶板下壁，弹簧的下端抵接在阻碍盘上，滑动杆的下端圆周上设置有螺纹槽，在U型架的顶部设置有连接件，滑动杆通过下端的螺纹槽与连接件螺纹连接，通过连接件连接滑动杆与U型架；

在基板的左右两侧还分别安装有牵引机构，且两侧的牵引机构均设置在左右两侧的导向组件的外侧。

进一步的，所述牵引机构包括液压缸、缸体支架、缸管和螺纹旋钮，液压缸通过缸体支架固定在基板的左右两侧并与导向组件保持同轴设置，缸管设置在液压缸的输出端，螺纹旋钮通过螺纹连接安装在缸管的外周，实验用的绳索通过螺纹旋钮夹紧固定在液压缸的输出端。

更进一步的，在L型支架的架体上还设置有驱动机构，在引导组件上设置有固定机构，驱动机构通过固定机构与引导组件连接；

所述驱动机构包括固定架、丝杆和固定臂，固定架包括设置在L型支架架体上的上顶板和下底板，上顶板和下底板之间还设置有限位杆组，限位杆组包括两根平行设置的限位杆，丝杆轴转连接在上顶板和下底板之间并与限位杆组保持平行，丝杆与限位杆组上还嵌套有螺旋移动块，固定臂固定在螺旋移动块的侧壁上，固定臂的臂中部设置有固定扣件，所述固定扣件上开设有固定孔。

上述教学用物理实验演示装置，所述固定机构包括连接板，在连接板上开设有通孔，通孔与固定扣件上固定孔的位置相互对应，固定件穿过固定孔与通孔将固定机构连接在驱动机构上，连接板通过销轴转动安装在U型架外壁的左右两凹槽中，固定机构上设置有收拢装置。

作为优选方案，所述收拢装置包括固定嵌合在连接板外壁上的第一磁片和固定嵌合在U型架外壁凹槽内的第二磁片，第二磁片与第一磁片磁性相反。

进一步的，所述驱动机构的下底板上还设置有驱动电机，驱动电机的驱动轴固定在丝杆的中轴上。

更进一步的，所述L型支架的内顶壁上还设置有显示屏，显示屏与拉力传感器电性连接，所述L型支架的内板壁上还嵌合有刻度尺。

优选的，还包括电控模块，所述电控模块包括设置在L型支架支出部分上方的中控组和设置在L型支架支出部分侧壁下方的用户设置台，中控组与用户设置台、驱动电机和液压缸电性连接，所述用户设置台上设置有功能按键和显示模块，中控组上还设置有供以多媒体设备使用的通信接口。

上述教学用物理实验演示装置，采用螺纹连接或卡接固定的方式将阻碍盘连接固定在滑动杆的下部；

实验时，首先将实验用的绳索依次穿过左侧的导向轮、引导轮和右侧的导向轮，并将绳子的始末两端分别通过螺纹旋钮固定在牵引机构的左右两液压缸的输出端，调整绳子拉伸程度，使绳子设置得不会太紧也不会太松。通过引导轮与两个导向轮构成不同规格的“品”字状，使得绳索呈现不同角度的拉力方向，通过调整驱动机构的螺旋移动块使引导轮调适到合适高度，开启两侧的液压缸使得绳索的两端开始拉伸，用户可通过用户设置台或者连接多媒体设备来调节引导轮的高度，使学生能观测绳索不同角度的状态，测量模块8能测量拉力大小并且显示出来。若连接多媒体设备，还能通过显示屏对实验装置进行动态显示和操作，方便学生直接观测绳索在运行时所受到的拉力情况。

本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种教学用物理实验演示装置，在利用引导轮与两个导向轮构成不同规格的“品”字状，使得绳索呈现不同角度的拉力方向，引导组件通过固定机构安装到驱动机构上，开启驱动电机带动丝杆进行旋转，使得螺旋移动块可以沿着丝杆进行高度调节，开启两侧的液压缸使得绳索的两端开始拉伸，便于学生观测绳索在拉伸的过程中的形变程度，而通过调节引导轮的高度，可以观测绳索不同角度的状态；

2、本发明所述的一种教学用物理实验演示装置加入了电控模块，使多媒体设备能通过电控模块对装置进行控制，并通过显示屏对装置进行动态展示，可以方便所有学生直接观测绳索在运行时所受受力状态，方便对装置进行操控。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明提供的一种教学用物理实验演示装置的一种较佳实施例整体结构示意图之一；

图2为本发明提供的一种教学用物理实验演示装置的一种较佳实施例整体结构示意图之二；

图3为图1所示导向组件的结构示意图；

图4为图1所示牵引机构的结构示意图；

图5为图1所示引导组件的结构示意图；

图6为图1所示测量模块的结构示意图；

图7为图6所示拉力传感器与弹簧的连接结构示意图。

图中：1、基板，2、导向组件，21、导向轮，22、安装架，3、牵引机构，31、缸体支架，32、液压缸，33、缸管，34、螺纹旋钮，4、L型支架，5、引导组件，51、U型架，52、引导轮，6、固定机构，61、连接板，62、通孔，63、第一磁片，64、第二磁片，7、驱动机构，71、固定架，72、丝杆，73、螺旋移动块，74、固定臂，75、固定扣件，76、驱动电机，77、限位杆组，8、测量模块，81、滑动杆，82、螺纹槽，83、限位帽，84、阻碍盘，85、弹簧，9、连接件，91、螺纹套管，92、转动环，9a、拉力传感器，9b、用户设置台，9c、刻度尺，10、中控组，10a、通信接口。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图7所示，一种教学用物理实验演示装置，包括多媒体设备和物理实验装置，多媒体设备包括本体和多媒体显示器，所述物理实验装置包括：基板1、引导组件5和测量模块8。

如图1、图2和图3所示，所述基板1中部设置有L型支架4，基板1的左右两侧分别安装有两组导向组件2，所述导向组件2包括导向轮21和安装架22，所述导向轮21通过安装架22固定安装在基板1上，且两组导向组件2中的导向轮21同轴设置。

如图1、图2和图5所示，所述引导组件5包括U型架51和引导轮52，U型架51上设置有轴孔和贯穿轴孔的连接轴，引导轮52通过贯穿轴孔的连接轴安装在U型架51内，引导轮52能在U型架51内轴转旋转。

如图1、图2和图6所示，所述测量模块8设置在L型支架4与引导组件5之间，测量模块8包括拉力传感器9a和滑动杆81，拉力传感器9a的测量端接在滑动杆81上，在滑动杆81上端的顶部安装有限位帽83，在滑动杆81的下部设置有阻碍盘84，在滑动杆81的杆体上套设有弹簧85，弹簧85的上端抵接在L型支架4的顶板下壁，弹簧85的下端抵接在阻碍盘84上，滑动杆81的下端圆周上设置有螺纹槽82，在U型架51的顶部设置有连接件9，滑动杆81通过下端的螺纹槽82与连接件9螺纹连接，通过连接件9连接滑动杆81与U型架51。

作为本实施例更加具体的一种解决方案，如图1,、图2和图4所示，在基板1的左右两侧还分别安装有牵引机构3，且两侧的牵引机构3均设置在左右两侧的导向组件2的外侧。所述牵引机构3包括液压缸32、缸体支架31、缸管33和螺纹旋钮34，液压缸32通过缸体支架31固定在基板1的左右两外侧并与导向组件2保持同轴设置，缸管33设置在液压缸32的输出端，螺纹旋钮34通过螺纹连接安装在缸管33的外周，实验用的绳索通过螺纹旋钮34夹紧固定在液压缸32的输出端。

需要说明的是：设置牵引机构3是为了通过液压缸32向绳索提供准确且定值的牵引力，方便将数据套用物理公式进行定值计算与讲解，选择通过螺纹旋钮34夹紧固定绳索是为了方便拆装绳索以及灵活调整绳索的长度。

作为本实施例更加具体的一种解决方案，如图1与图2所示，在L型支架4的架体上还设置有驱动机构7，在引导组件5上设置有固定机构6，驱动机构7通过固定机构6与引导组件5连接；

所述驱动机构7包括固定架71、丝杆72和固定臂74，固定架71包括设置在L型支架4架体上的上顶板和下底板，上顶板和下底板之间还设置有限位杆组77，限位杆组77包括两根平行设置的限位杆，丝杆72轴转连接在上顶板和下底板之间并与限位杆组77保持平行，丝杆72与限位杆组77上还嵌套有螺旋移动块73，固定臂74固定在螺旋移动块73的侧壁上，固定臂74的臂中部设置有固定扣件75，在固定扣件75上开设有固定孔；

所述固定机构6包括连接板61，在连接板61上开设有通孔62，通孔62与固定扣件75上固定孔的位置一一对应，固定件穿过固定孔与通孔62将固定机构6固定在驱动机构7上，连接板61通过销轴转动安装在U型架51外壁的左右两凹槽中，固定机构6设置有收拢装置，收拢装置包括固定嵌合在连接板61的外壁上的第一磁片63和固定嵌合在U型架51外壁凹槽内的第二磁片64，第二磁片64与第一磁片63磁性相反。

需要说明的是：驱动机构7可对引导组件5的高度进行快速调整，当实验涉及到某一确定高度时，能通过固定机构6将引导组件5固定在驱动机构7的固定臂74上，并通过旋转丝杆72将引导组件5调整到对应高度，当不需要调整高度时，将固定机构6与驱动机构7断开连接，并将固定机构6的连接板61通过收拢装置进行收拢保护。

作为本实施例更加具体的一种解决方案，如图2所示，所述驱动机构7的下底板上还设置有驱动电机76，驱动电机76的驱动轴固定在丝杆72的中轴上。

需要说明的是：在驱动机构7的下底板上加装驱动电机76是为了不用人为旋转就能便捷地调整引导组件5的高度，增强了装置的便捷性与准确性。

作为本实施例更加具体的一种解决方案，如图1和图7所示，所述L型支架4的内顶壁上还设置有显示屏，显示屏与拉力传感器9a电性连接，所述L型支架4的内板壁上还嵌合有刻度尺9c，加装刻度尺9c是为了更直观观察拉力对装置带来的伸缩变化并使变化能定量记录下来。

作为本实施例更加具体的一种解决方案，如图1、图2和图7所示，所述物理实验装置还包括电控模块，所述电控模块包括设置在L型支架4支出部分上方的中控组10和设置在L型支架4支出部分侧壁下方的用户设置台9b，中控组10分别与用户设置台9b、驱动电机76和液压缸32电性连接，所述用户设置台9b上设置有功能按键和显示模块，中控组10上还设置有供以多媒体设备使用的通信接口10a。

需要说明的是：本实施例所提出的一种教学用物理实验演示装置通过设置电控模块，能在连接多媒体设备和不连接多媒体设备两种状态下进行，在不连接多媒体设备时，用户通过用户设置台9b对液压缸32的驱动力和驱动电机76对引导组件5的高度进行设置，当连接多媒体设备时，通过多媒体设备的连接线插入通信接口10a，中控组10能将驱动电机76和液压缸32的工作信息上传到多媒体设备，多媒体设备能将装置以虚拟动态模型的形式投射到多媒体设备的显示屏上，并在多媒体显示屏上对实验进行动态展示，对物理实验装置的实验参数进行设置时，能通过选中虚拟动态模型上的驱动电机76和左右液压缸32进行参数设置，设置好的参数信息通过通信接口10a传送到中控组10，中控组10控制驱动电机76和左右两液压缸32的输入电流来驱使驱动电机76和左右两液压缸32达到用户在多媒体设备上设置的参数值。

本实施例提供的物理实验装置的原理如下：

首先将绳索依次穿过左侧的导向轮21、引导轮52、右侧的导向轮21，并将绳子的始末两端分别通过螺纹旋钮34固定在牵引机构3的左右两液压缸32的输出端，调整绳子拉伸程度，使绳子设置得不会太紧也不会太松。通过引导轮52与两个导向轮21构成不同规格的“品”字状，使得绳索呈现不同角度的拉力方向，通过调整驱动机构7的螺旋移动块73使引导轮52调适到合适高度，开启两侧的液压缸32使得绳索的两端开始拉伸，用户可通过用户设置台9b或者连接多媒体设备来调节引导轮52的高度，使学生能观测绳索不同角度的状态，测量模块8能测量拉力大小并且显示出来。若连接多媒体设备，还能通过显示屏对实验装置进行动态显示和操作，方便学生直接观测绳索在运行时所受到的拉力情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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，上述实施方式和说明书中的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本发明要求保护的范围内。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 (9)

1.一种教学用物理实验演示装置，包括基板(1)、引导组件(5)和测量模块(8)，其特征在于：在基板(1)中部设置有L型支架(4)，在基板(1)的左右两侧分别安装有导向组件(2)，所述导向组件(2)包括导向轮(21)和安装架(22)，所述导向轮(21)通过安装架(22)固定安装在基板(1)上，且左右两侧导向组件(2)中的导向轮(21)同轴设置；

所述引导组件(5)包括U型架(51)和轴转连接在U型架(51)内的引导轮(52)；

所述测量模块(8)设置在L型支架(4)与引导组件(5)之间，测量模块(8)包括拉力传感器(9a)和滑动杆(81)，拉力传感器(9a)的测量端连接在滑动杆(81)上，在滑动杆(81)上端的顶部安装有限位帽(83)，在滑动杆(81)的下部设置有阻碍盘(84)，在滑动杆(81)的杆体上套设有弹簧(85)，弹簧(85)的上端抵接在L型支架(4)的顶板下壁，弹簧(85)的下端抵接在阻碍盘(84)上，滑动杆(81)的下端圆周上设置有螺纹槽(82)，在U型架(51)的顶部设置有连接件(9)，滑动杆(81)通过下端的螺纹槽(82)与连接件(9)螺纹连接，通过连接件(9)连接滑动杆(81)与U型架(51)；

在基板(1)的左右两侧还分别安装有牵引机构(3)，且两侧的牵引机构(3)均设置在左右两侧的导向组件(2)的外侧。

2.根据权利要求1所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：所述牵引机构(3)包括液压缸(32)、缸体支架(31)、缸管(33)和螺纹旋钮(34)，液压缸(32)通过缸体支架(31)固定在基板(1)的左右两侧并与导向组件(2)保持同轴设置，缸管(33)设置在液压缸(32)的输出端，螺纹旋钮(34)通过螺纹连接安装在缸管(33)的外周，实验用的绳索通过螺纹旋钮(34)夹紧固定在液压缸(32)的输出端。

3.根据权利要求1所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：在L型支架(4)的架体上还设置有驱动机构(7)，在引导组件(5)上设置有固定机构(6)，驱动机构(7)通过固定机构(6)与引导组件(5)连接；

所述驱动机构(7)包括固定架(71)、丝杆(72)和固定臂(74)，固定架包括设置在L型支架(4)架体上的上顶板和下底板，上顶板和下底板之间还设置有限位杆组(77)，限位杆组(77)包括两根平行设置的限位杆，丝杆(72)轴转连接在上顶板和下底板之间并与限位杆组(77)保持平行，丝杆(72)与限位杆组(77)上还嵌套有螺旋移动块(73)，固定臂(74)固定在螺旋移动块(73)的侧壁上，固定臂(74)的臂中部设置有固定扣件(75)，所述固定扣件(75)上开设有固定孔。

4.根据权利要求3所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：所述固定机构(6)包括连接板(61)，在连接板(61)上开设有通孔(62)，通孔(62)与固定扣件(75)上固定孔的位置相互对应，固定件穿过固定孔与通孔(62)将固定机构(6)连接在驱动机构(7)上，连接板(61)通过销轴转动安装在U型架(51)外壁的左右两凹槽中，固定机构(6)上设置有收拢装置。

5.根据权利要求4所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：所述收拢装置包括固定嵌合在连接板(61)外壁上的第一磁片(63)和固定嵌合在U型架(51)外壁凹槽内的第二磁片(64)，第二磁片(64)与第一磁片(63)磁性相反。

6.根据权利要求3所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：所述驱动机构(7)的下底板上还设置有驱动电机(76)，驱动电机(76)的驱动轴固定在丝杆(72)的中轴上。

7.根据权利要求1所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：所述L型支架(4)的内顶壁上还设置有显示屏，显示屏与拉力传感器(9a)电性连接，所述L型支架(4)的内板壁上还嵌合有刻度尺(9c)。

8.根据权利要求1所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：还包括电控模块，所述电控模块包括设置在L型支架(4)支出部分上方的中控组(10)和设置在L型支架(4)支出部分侧壁下方的用户设置台(9b)，中控组(10)与用户设置台(9b)、驱动电机(76)和液压缸(32)电性连接，所述用户设置台(9b)上设置有功能按键和显示模块，中控组(10)上还设置有供以多媒体设备使用的通信接口(10a)。

9.根据权利要求2所述的教学用物理实验演示装置，其特征在于：采用螺纹连接或卡接固定的方式将阻碍盘(84)连接固定在滑动杆(81)的下部；

将实验用的绳索依次穿过左侧的导向轮(21)、引导轮(52)和右侧的导向轮(21)，并将绳子的始末两端分别通过螺纹旋钮(34)固定在牵引机构(3)的左右两液压缸(32)的输出端，调整绳子拉伸程度，将实验用的绳索通过引导轮(52)与两个导向轮(21)构成不同规格的“品”字状。

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