CN113053213A - 一种物理教学用单摆球演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物理教学用单摆球演示装置，包括底座、支撑柱、丝杠、电磁铁、单摆球、导向板、弧形滑槽、量角器、安装座、穿孔、限位板、第一从动带轮、定滑轮、伸缩杆、牵引绳、滑块、第一主动带轮、收绳轮、第一步进电机、安装槽、齿轮、齿条、滑杆、U形安装板、伸缩柱、第二从动带轮、第二步进电机、第二主动带轮、驱动座和卡槽。本发明可以更好的对牵引绳的长度进行调节，避免了工作人员手工进行调节，这样一来极大的降低了工作人员的工作强度，同时也提高了对牵引绳的调节效率；可以更好的对单摆球以及牵引绳起始的角度进行调节，避免了因晃动造成角度的偏差，极大的的提高了测量数据的准确性，极大的提高了工作效率。

Description

一种物理教学用单摆球演示装置

技术领域

本发明涉及一种单摆球演示装置，具体是一种物理教学用单摆球演示装置，属于物理技术领域。

背景技术

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，是其他各自然科学学科的研究基础，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科，摆实验装置是一种物理实验设备，通过摆锤的摆动周期来计算重力加速度。

现有的单摆球演示装置在演示时，牵引绳的长度大多数是固定的，调节起来比较繁琐，需要工作人员手动对牵引绳的长度进行调节，这样一来极大的提高了工作人员的工作强度，而且对单摆球演示时大多数使工作人员将单摆球移动至一定的角度进行松动，但是工作人员很难稳定的对单摆球进行拿取，这样一来会使角度存在一定的偏差，从而降低的影响了数据的准确性。因此，针对上述问题提出一种物理教学用单摆球演示装置。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种物理教学用单摆球演示装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种物理教学用单摆球演示装置，包括安装座，所述安装座通过安装在安装座顶端的支撑柱固定连接有安装座，所述安装座顶端安装有第一步进电机，所述第二步进电机驱动端上的驱动轴上安装有收绳轮，所述收绳轮表面绕缠有牵引绳，所述牵引绳底端固定连接有单摆球，所述安装座顶端安装有对牵引绳进行支撑的支撑组件，所述安装座底端安装有U形安装板，所述U形安装板内侧壁安装有第二步进电机，所述第二步进电机端上的驱动轴上安装有竖直设置的伸缩柱，所述伸缩柱伸缩端安装有电磁铁，所述安装座上安装有带动伸缩杆伸缩的伸缩调节组件，且伸缩调节组件的动力输入端与安装在第一步进电机驱动端的驱动轴连接，所述安装座顶端开设有穿孔，所述穿孔内侧壁开设有安装槽，所述安装槽内侧壁滑动配合有滑块，所述滑块一端固定连接有水平设置的限位板，所述安装槽内侧安装有带动滑块在水平方向移动的水平调节组件，且水平调节组件的动力输入端与安装在第二步进电机驱动端的驱动轴连接，所述穿孔远离安装槽一端的内侧壁开设有与限位板相对应的卡槽，所述安装座底端安装有对单摆球摆动角度进行计量的量角器。

优选的，所述伸缩调节组件包括竖直设置的丝杠以及第一主动带轮，所述第一主动带轮安装在与第一步进电机驱动端连接的驱动轴上，所述丝杠表面安装有第一从动带轮，且第一从动带轮和第一主动带轮通过安装在第一从动带轮和第一主动带轮之间的皮带传动连接，所述丝杠表面螺纹连接有驱动座，所述驱动座一端安装有导向板，所述导向板通过开设在导向板侧壁的弧形滑槽滑动配合有滑杆，且滑杆一端与伸缩柱的伸缩端连接，且丝杠与安装在安装在顶端的轴承转动配合。

优选的，所述水平调节组件由第二主动带轮、第二从动带轮、齿轮以及齿条组成，所述第二主动带轮安装在与第二步进电机驱动端连接的驱动轴上，所述第二从动带轮和齿轮均安装在与安装槽转动配合的转轴上，且第二主动带轮和第二从动带轮通过设置在第二主动带轮和第二从动带轮之间的皮带传动连接，所述齿条安装在滑块的侧壁上，且齿条与齿轮啮合。

优选的，所述支撑组件由竖直设置的伸缩杆以及定滑轮组成，所述伸缩杆安装在安装座顶端上，所述定滑轮安装在伸缩杆的伸缩端上，且定滑轮顶端与牵引绳滑动配合。

优选的，所述伸缩杆由两个套管和弹簧组成，且两个套管通过弹簧弹性连接。

所述牵引绳连接单摆球一端贯穿通孔以及开设在限位板表面的通孔并延伸至电磁铁正前方。

优选的，所述伸缩柱由三个套筒相互套接组成。

优选的，所述第二步进电机驱动端上的驱动轴与弧形滑槽内侧壁上的任意连线相等。

本发明的有益效果是：

1.通过设置收绳轮、伸缩杆、定滑轮、伸缩柱以及电磁铁之间的相互配合，可以更好的对牵引绳的长度进行调节，避免了工作人员手工进行调节，这样一来极大的降低了工作人员的工作强度，同时也提高了对牵引绳的调节效率。

2.通过设置伸缩柱、导向板、弧形滑槽、带轮以及电磁铁之间的相互配合，可以更好的对单摆球以及牵引绳起始的角度进行调节，避免了因晃动造成角度的偏差，极大的的提高了测量数据的准确性，极大的提高了工作效率。

3.通过设置限位板、卡槽、滑块、齿条以及齿轮之间的相互配合，可以更好的对牵引绳位置进行固定，避免了单摆球摆动过程中，牵引绳会向其他方向进行摆动，有效提高物理力学单摆实验教学的效率，同时也增强了实用性。

附图说明

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它的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体侧视结构示意图；

图3为本发明整体俯视结构示意图；

图4为本发明安装座剖视结构示意图。

图中：1、底座，2、支撑柱，3、丝杠，4、电磁铁，5、单摆球，6、导向板，7、弧形滑槽，8、量角器，9、安装座，10、穿孔，11、限位板，12、第一从动带轮，13、定滑轮，14、伸缩杆，15、牵引绳，16、滑块，17、第一主动带轮，18、收绳轮，19、第一步进电机，20、安装槽，21、齿轮，22、齿条，23、滑杆，24、U形安装板，25、伸缩柱，26、第二从动带轮，27、第二步进电机，28、第二主动带轮，29、驱动座，30、卡槽。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

请参阅图1-4所示，一种物理教学用单摆球演示装置，包括安装座9，所述安装座9通过安装在安装座9顶端的支撑柱2固定连接有安装座9，所述安装座9顶端安装有第一步进电机19，所述第二步进电机27驱动端上的驱动轴上安装有收绳轮18，所述收绳轮18表面绕缠有牵引绳15，所述牵引绳15底端固定连接有单摆球5，所述安装座9顶端安装有对牵引绳15进行支撑的支撑组件，所述安装座9底端安装有U形安装板24，所述U形安装板24内侧壁安装有第二步进电机27，所述第二步进电机27端上的驱动轴上安装有竖直设置的伸缩柱25，所述伸缩柱25伸缩端安装有电磁铁4，所述安装座9上安装有带动伸缩杆14伸缩的伸缩调节组件，且伸缩调节组件的动力输入端与安装在第一步进电机19驱动端的驱动轴连接，所述安装座9顶端开设有穿孔10，所述穿孔10内侧壁开设有安装槽20，所述安装槽20内侧壁滑动配合有滑块16，所述滑块16一端固定连接有水平设置的限位板11，所述安装槽20内侧安装有带动滑块16在水平方向移动的水平调节组件，且水平调节组件的动力输入端与安装在第二步进电机27驱动端的驱动轴连接，所述穿孔10远离安装槽20一端的内侧壁开设有与限位板11相对应的卡槽30，所述安装座9底端安装有对单摆球5摆动角度进行计量的量角器8。

所述伸缩调节组件包括竖直设置的丝杠3以及第一主动带轮17，所述第一主动带轮17安装在与第一步进电机19驱动端连接的驱动轴上，所述丝杠3表面安装有第一从动带轮12，且第一从动带轮12和第一主动带轮17通过安装在第一从动带轮12和第一主动带轮17之间的皮带传动连接，所述丝杠3表面螺纹连接有驱动座29，所述驱动座29一端安装有导向板6，所述导向板6通过开设在导向板6侧壁的弧形滑槽7滑动配合有滑杆23，且滑杆23一端与伸缩柱25的伸缩端连接，且丝杠3与安装在安装在顶端的轴承转动配合；所述水平调节组件由第二主动带轮28、第二从动带轮26、齿轮21以及齿条22组成，所述第二主动带轮28安装在与第二步进电机27驱动端连接的驱动轴上，所述第二从动带轮26和齿轮21均安装在与安装槽20转动配合的转轴上，且第二主动带轮28和第二从动带轮26通过设置在第二主动带轮28和第二从动带轮26之间的皮带传动连接，所述齿条22安装在滑块16的侧壁上，且齿条22与齿轮21啮合；所述支撑组件由竖直设置的伸缩杆14以及定滑轮13组成，所述伸缩杆14安装在安装座9顶端上，所述定滑轮13安装在伸缩杆14的伸缩端上，且定滑轮13顶端与牵引绳15滑动配合；所述伸缩杆14由两个套管和弹簧组成，且两个套管通过弹簧弹性连接，便于更好的对通过定滑轮13对牵引绳15提供弹力；所述牵引绳15连接单摆球5一端贯穿通孔以及开设在限位板11表面的通孔并延伸至电磁铁4正前方，便于更好的使电磁铁4对单摆球5进行磁性吸附；所述伸缩柱25由三个套筒相互套接组成，便于更好的使伸缩柱25带动电磁铁4的移动；所述第二步进电机27驱动端上的驱动轴与弧形滑槽7内侧壁上的任意连线相等，便于更好的使伸缩柱25通过电磁铁4带动单摆球5沿着弧形滑槽7移动。

本发明在使用时，本申请中出现的电器元件在使用时均外接连通电源和控制开关，当进行单摆球5演示时，首先开启电磁铁4，使电磁铁4对单摆球5进行磁性吸附，再开启第一步进电机19，使第一步进电机19驱动端通过驱动轴带动收绳轮18和第一主动带轮17转动，使收绳轮18对牵引绳15进行放绳，同时使第一主动带轮17通过皮带和第一从动带轮12带动丝杠3转动，使丝杠3通过驱动座29、导向板6以及滑杆23带动电磁铁4向下移动，使电磁铁4带动单摆球5向下移动，由于收线轮对牵引绳15放绳的长度逐渐减小，而电磁铁4带动单摆球5向下移动的高度不变，从而使牵引绳15带动定滑轮13在伸缩杆14的作用下向下移动，使牵引绳15一直处于拉直状态，同时通过刻度尺对单摆球5位置进行测量，并测量出牵引线的长度，当单摆球5移动至向右位置后，关闭第一步进电机19，同时开启第二步进电机27，使第二步进电机27驱动端通过驱动轴带动第二主动带轮28和伸缩柱25转动，使第二主动带轮28通过皮带带动第二从动带轮26转动，使第二从动带轮26通过转轴带动齿轮21转动，使齿轮21通过齿条22和滑块16带动限位板11向卡槽30内移动，从而使限位板11带动牵引绳15与卡槽30卡接配合，同时使伸缩柱25通过滑杆23在弧形滑槽7的作用下进行转动，使伸缩柱25通过电磁铁4带动单摆球5转动，同时观察牵引绳15与量角器8之间的刻度变化，当到达相应位置后，再关闭电磁铁4，从而使单摆球5在重力的作用下进行摆动，同时记录单摆球5摆动的周期，从而完成对单摆球5的演示。

第一步进电机19和第二步进电机27均采用的是南京苏玛电机有限公司生产的YVP90L-4步进电机，其配套电路可由商家提供。

涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种物理教学用单摆球演示装置，包括安装座(9)，其特征在于：所述安装座(9)通过安装在安装座(9)顶端的支撑柱(2)固定连接有安装座(9)，所述安装座(9)顶端安装有第一步进电机(19)，所述第二步进电机(27)驱动端上的驱动轴上安装有收绳轮(18)，所述收绳轮(18)表面绕缠有牵引绳(15)，所述牵引绳(15)底端固定连接有单摆球(5)，所述安装座(9)顶端安装有对牵引绳(15)进行支撑的支撑组件，所述安装座(9)底端安装有U形安装板(24)，所述U形安装板(24)内侧壁安装有第二步进电机(27)，所述第二步进电机(27)端上的驱动轴上安装有竖直设置的伸缩柱(25)，所述伸缩柱(25)伸缩端安装有电磁铁(4)，所述安装座(9)上安装有带动伸缩杆(14)伸缩的伸缩调节组件，且伸缩调节组件的动力输入端与安装在第一步进电机(19)驱动端的驱动轴连接，所述安装座(9)顶端开设有穿孔(10)，所述穿孔(10)内侧壁开设有安装槽(20)，所述安装槽(20)内侧壁滑动配合有滑块(16)，所述滑块(16)一端固定连接有水平设置的限位板(11)，所述安装槽(20)内侧安装有带动滑块(16)在水平方向移动的水平调节组件，且水平调节组件的动力输入端与安装在第二步进电机(27)驱动端的驱动轴连接，所述穿孔(10)远离安装槽(20)一端的内侧壁开设有与限位板(11)相对应的卡槽(30)，所述安装座(9)底端安装有对单摆球(5)摆动角度进行计量的量角器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种物理教学用单摆球演示装置，其特征在于：所述伸缩调节组件包括竖直设置的丝杠(3)以及第一主动带轮(17)，所述第一主动带轮(17)安装在与第一步进电机(19)驱动端连接的驱动轴上，所述丝杠(3)表面安装有第一从动带轮(12)，且第一从动带轮(12)和第一主动带轮(17)通过安装在第一从动带轮(12)和第一主动带轮(17)之间的皮带传动连接，所述丝杠(3)表面螺纹连接有驱动座(29)，所述驱动座(29)一端安装有导向板(6)，所述导向板(6)通过开设在导向板(6)侧壁的弧形滑槽(7)滑动配合有滑杆(23)，且滑杆(23)一端与伸缩柱(25)的伸缩端连接，且丝杠(3)与安装在安装在顶端的轴承转动配合。

3.根据权利要求2所述的一种物理教学用单摆球演示装置，其特征在于：所述水平调节组件由第二主动带轮(28)、第二从动带轮(26)、齿轮(21)以及齿条(22)组成，所述第二主动带轮(28)安装在与第二步进电机(27)驱动端连接的驱动轴上，所述第二从动带轮(26)和齿轮(21)均安装在与安装槽(20)转动配合的转轴上，且第二主动带轮(28)和第二从动带轮(26)通过设置在第二主动带轮(28)和第二从动带轮(26)之间的皮带传动连接，所述齿条(22)安装在滑块(16)的侧壁上，且齿条(22)与齿轮(21)啮合。

4.根据权利要求1所述的一种物理教学用单摆球演示装置，其特征在于：所述支撑组件由竖直设置的伸缩杆(14)以及定滑轮(13)组成，所述伸缩杆(14)安装在安装座(9)顶端上，所述定滑轮(13)安装在伸缩杆(14)的伸缩端上，且定滑轮(13)顶端与牵引绳(15)滑动配合。

5.根据权利要求1所述的一种物理教学用单摆球演示装置，其特征在于：所述伸缩杆(14)由两个套管和弹簧组成，且两个套管通过弹簧弹性连接。

6.根据权利要求1所述的一种物理教学用单摆球演示装置，其特征在于：所述牵引绳(15)连接单摆球(5)一端贯穿通孔以及开设在限位板(11)表面的通孔并延伸至电磁铁(4)正前方。

7.根据权利要求1所述的一种物理教学用单摆球演示装置，其特征在于：所述伸缩柱(25)由三个套筒相互套接组成。

8.根据权利要求2所述的一种物理教学用单摆球演示装置，其特征在于：所述第二步进电机(27)驱动端上的驱动轴与弧形滑槽(7)内侧壁上的任意连线相等。

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