CN113888936A - 一种物理教育教学用演示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物理教育教学用演示装置，涉及物理教学用具技术领域，其技术方案要点是：包括固定底板和箱体，箱体的顶部设有两个升降装置，两个升降装置之间设有旋转装置，旋转装置的顶部设有发射装置；箱体的侧壁内设有两个密封压缩装置，两个密封压缩装置的一端与发射装置的侧壁连接；箱体的底部设有水平调节装置，水平调节装置部分位于固定底板内；箱体的顶部设有抽空泵；箱体的顶部设有进球漏斗，进球漏斗位于发射装置的正上方；升降装置包括伺服电机一、螺纹杆一、轴承一和固定板；该演示装置能够精确得出平抛和斜抛运动的数据，并且同一个发射装置即可以做斜抛运动，也可以做平抛运动，结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及物理教学用具技术领域，更具体地说，它涉及一种物理教育教学用演示装置。
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。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。
目前，在一般的物理教学中，一般都是由老师直接在黑板上进行教学讲解，对于有些比较抽象的物理内容，学生不容易理解，特别是关于物质运动的内容，所以为了便于学生理解，提高学习物理的兴趣，就需要一种物理教育教学用演示装置。
现有的物理教育教学用演示装置在模拟平抛运动和斜抛运动时，不能准确得出平抛和斜抛运动的数据，并且斜抛运动和平抛运动分别由两个弹射装置操作，结构复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种物理教育教学用演示装置，该演示装置能够精确得出平抛和斜抛运动的数据，并且同一个发射装置即可以做斜抛运动，也可以做平抛运动，结构简单。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种物理教育教学用演示装置，包括固定底板和箱体，所述箱体的顶部设有两个升降装置，两个所述升降装置之间设有旋转装置，所述旋转装置的顶部设有发射装置；所述箱体的侧壁内设有两个密封压缩装置，两个所述密封压缩装置的一端与发射装置的侧壁连接；所述箱体的底部设有水平调节装置，所述水平调节装置部分位于固定底板内；所述箱体的顶部设有抽空泵；所述箱体的顶部设有进球漏斗，所述进球漏斗位于发射装置的正上方；
所述升降装置包括伺服电机一、螺纹杆一、轴承一和固定板；所述伺服电机一嵌设于箱体的顶部，所述伺服电机一的输出端与螺纹杆一的端部固定连接，所述螺纹杆一远离伺服电机一的端部与轴承一固定连接，所述轴承一与箱体的底部内侧固定连接；所述固定板套接于螺纹杆一上，所述旋转装置位于两个固定板之间；
所述旋转装置包括伺服电机二、转动杆、轴承二和旋转板，所述伺服电机二和轴承二分别与两个固定板的内侧壁固定连接；所述转动杆的一端与伺服电机二的输出端固定连接，所述转动杆的另一端与轴承二固定连接；所述旋转板套接在转动杆上，且所述旋转板位于两个固定板之间；所述旋转板的顶部设有U形滚动槽一，所述旋转板的顶部与发射装置连接，所述发射装置位于U形滚动槽一内；
所述发射装置包括小球、圆柱筒、两个压力传感器、推板、传动杆一、两个弹簧一、速度感应器和拉杆；所述小球位于U形滚动槽一内，所述圆柱筒的侧壁与U形滚动槽一的底部固定连接；所述推板的侧壁与小球触接；所述推板远离小球的侧壁与传动杆一和两个弹簧一的端部固定连接，所述传动杆一远离推板的端部穿过箱体的侧壁与拉杆固定连接；两个所述弹簧一远离推板的端部与两个压力传感器分别连接，两个压力传感器均嵌设于箱体的侧壁内；所述箱体的侧壁设有腔室，两个所述密封压缩装置均位于腔室内，且两个所述密封压缩装置均与传动杆一的侧壁连接；所述速度感应器与旋转板的顶部固定连接；
所述箱体的底部设有U形滚动槽二内，所述U形滚动槽二的端部设有出口管道，所述出口管道的端部和进球漏斗的内侧壁均设有活动密封装置；所述U形滚动槽二的底部设有位置感应底板，所述箱体的底部设有控制处理器，所述箱体远离升降装置的侧壁设有多个距离传感器；所述箱体的外侧壁设有显示控制面板和充电口。
通过采用上述技术方案，将固定板套接在螺纹杆一上，螺纹杆一与伺服电机一固定连接，可以对发射装置的高度进行调节，从而根据实际高度来选择平抛运动模拟或斜抛运动模拟；通过在固定板内设置伺服电机二，且旋转板套接在转动杆上，可以对发射装置的发射角度进行控制；通过在箱体的顶部安装抽空泵，且抽空泵与箱体内部连通，可以保证箱体内为真空状态，保证平抛运动或斜抛运动的小球只受重力作用，从而达到最准确的运动测量数据；通过在推板的侧壁固定安装传动杆一，传动杆一与拉杆连接，在拉杆的侧壁连接两个密封压缩装置，这样即使发射装置上下移动或转动时，均可保证箱体内为真空状态；通过在箱体的侧壁沿竖直方向设置多个距离传感器，可以得出不同高度与距离传感器的距离，从而得出小球的运动轨迹。
本发明进一步设置为：所述密封压缩装置包括弧形固定块、两个插接板和弹簧二；所述腔室的底部设有两个插槽；所述弧形固定块的侧壁与传动杆一的侧壁连接；所述弧形固定块远离传动杆一的侧壁与弹簧二和两个插接板的端部固定连接，两个所述插接板分别与两个插槽活动连接。
通过采用上述技术方案，将弧形固定块与传动杆一的侧壁活动连接，且插接板与插槽活动连接，这样发射装置无论升降还是旋转均能保证箱体内部处于真空状态。
本发明进一步设置为：所述水平调节装置包括固定杆一、固定杆二、升降套筒、旋转调节装置和水平检测仪；所述固定杆一的一端和升降套筒的顶部均与箱体的底部连接，所述固定杆一和升降套筒分别靠近箱体的两端；所述固定杆一的另一端与固定杆二的一端铰接，所述固定杆二的另一端与固定底板的顶部固定连接；所述水平检测仪与箱体的底部固定连接；所述升降套筒套接于旋转调节装置上。
通过采用上述技术方案，通过将旋转套筒套接在旋转调节装置上，可以通过旋转调节装置将演示装置调节到水平状态；通过在箱体的底部固定安装水平检测仪，可以在调节过程中通过水平检测仪来判断演示装置是否已达到水平状态。
本发明进一步设置为：所述旋转调节装置包括旋钮、传动杆二、限位块一、限位块二、锥形齿轮一、锥形齿轮二和螺纹杆二；所述升降套筒套接于螺纹杆二上，所述螺纹杆二远离升降套筒的端部穿过限位块一与锥形齿轮一的转轴处固定连接，所述锥形齿轮一和锥形齿轮二连接；所述传动杆二的一端与锥形齿轮二的转轴处固定连接，所述传动杆二的另一端与旋钮的转轴处固定连接。
通过采用上述技术方案，将传动杆二与旋钮的转轴处固定连接，且锥形齿轮一和锥形齿轮二啮合，操作者可以通过旋转旋钮来实现对装置进行水平调节。
本发明进一步设置为：所述活动密封装置包括环形壳体和多个活塞瓣；多个所述活塞瓣与环形壳体的内侧壁固定连接。
通过采用上述技术方案，通过在环形壳体的内侧壁固定安装多个活塞瓣，这样可以保证小球进入出口管道时不会有空气进入箱体内，保证箱体始终处于真空状态。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.将固定板套接在螺纹杆一上，螺纹杆一与伺服电机一固定连接，可以对发射装置的高度进行调节，从而根据实际高度来选择平抛运动模拟或斜抛运动模拟；
2.通过在固定板内设置伺服电机二，且旋转板套接在转动杆上，可以对发射装置的发射角度进行控制；
3.通过在箱体的顶部安装抽空泵，且抽空泵与箱体内部连通，可以保证箱体内为真空状态，保证平抛运动或斜抛运动的小球只受重力作用，从而达到最准确的运动测量数据；
4.通过在推板的侧壁固定安装传动杆一，传动杆一与拉杆连接，在拉杆的侧壁连接两个密封压缩装置，这样即使发射装置上下移动或转动时，均可保证箱体内为真空状态；
5.通过在箱体的侧壁沿竖直方向设置多个距离传感器，可以得出不同高度与距离传感器的距离，从而得出小球的运动轨迹。
附图说明
图1是本发明实施例中一种物理教育教学用演示装置的侧面剖视图；
图2是图1中A处的放大图；
图3是本发明实施例中发射装置处的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例中发射装置处的俯视剖视图；
图5是本发明实施例中活动密封装置的结构示意图。
图中：1、进球漏斗；2、环形壳体；3、伺服电机一；4、腔室；5、螺纹杆一；6、轴承一；7、控制处理器；8、固定杆一；9、固定杆二；10、固定底板；11、U形滚动槽二；12、位置感应底板；13、水平检测仪；14、升降套筒；15、螺纹杆二；16、锥形齿轮一；17、锥形齿轮二；18、旋钮；19、传动杆二；20、限位块二；21、限位块一；22、出口管道；23、伺服电机二；24、充电口；25、距离传感器；26、显示控制面板；27、透明玻璃板；28、抽空泵；29、箱体；30、速度感应器；31、插接板；32、弧形固定块；33、拉杆；34、传动杆一；35、压力传感器；36、弹簧二；37、固定板；38、小球；39、推板；40、圆柱筒；41、弹簧一；42、插槽；43、转动杆；44、旋转板；45、U形滚动槽一；46、轴承二；47、活塞瓣。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种物理教育教学用演示装置，如图1至图5所示，包括固定底板10和箱体29，箱体29的顶部固定安装有两个升降装置，两个升降装置之间安装有旋转装置，旋转装置的顶部固定安装有发射装置；箱体29的侧壁内安装有两个密封压缩装置，两个密封压缩装置的一端与发射装置的侧壁触接；箱体29的底部固定安装有水平调节装置，水平调节装置部分位于固定底板10内；箱体29的顶部固定安装有抽空泵28，抽空泵28与箱体29内连通；箱体29的顶部安装有进球漏斗1，进球漏斗1位于发射装置的正上方；
升降装置包括伺服电机一3、螺纹杆一5、轴承一6和固定板37；伺服电机一3嵌设于箱体29的顶部，伺服电机一3的输出端与螺纹杆一5的端部固定连接，螺纹杆一5远离伺服电机一3的端部与轴承一6固定连接，轴承一6与箱体29的底部内侧固定连接；固定板37套接于螺纹杆一5上，旋转装置位于两个固定板37之间；
旋转装置包括伺服电机二23、转动杆43、轴承二46和旋转板44，伺服电机二23和轴承二46分别与两个固定板37的内侧壁固定连接；转动杆43的一端与伺服电机二23的输出端固定连接，转动杆43的另一端与轴承二46固定连接；旋转板44套接在转动杆43上，且旋转板44位于两个固定板37之间；旋转板44的顶部设有U形滚动槽一45，旋转板44的顶部与发射装置连接，发射装置位于U形滚动槽一45内；
发射装置包括小球38、圆柱筒40、两个压力传感器35、推板39、传动杆一34、两个弹簧一41、速度感应器30和拉杆33；小球38位于U形滚动槽一45内，圆柱筒40的侧壁与U形滚动槽一45的底部固定连接；推板39的侧壁与小球38触接；推板39远离小球38的侧壁与传动杆一34和两个弹簧一41的端部固定连接，传动杆一34远离推板39的端部穿过箱体29的侧壁与拉杆33固定连接；两个弹簧一41远离推板39的端部与两个压力传感器35分别连接，两个压力传感器35均嵌设于箱体29的侧壁内；箱体29的侧壁设有腔室4，两个密封压缩装置均位于腔室4内，且两个密封压缩装置均与传动杆一34的侧壁连接；速度感应器30与旋转板44的顶部固定连接；
箱体29的底部设有U形滚动槽二11内，U形滚动槽二11的端部设有出口管道22，所述出口管道22的端部和进球漏斗1的内侧壁均安装有活动密封装置；U形滚动槽二11的底部设有位置感应底板12，箱体29的底部设有控制处理器7，箱体29远离升降装置的侧壁设有多个距离传感器25；箱体29的外侧壁设有显示控制面板26和充电口24。
在本实施例中，当操作者使用该演示装置时，首先通过显示控制面板26选择抽空，显示控制面板26将信息传递到控制处理器7中，控制处理器7调节抽空泵28，抽空泵28将箱体29内侧进行抽空处理；操作者再通过显示控制面板26调节发射装置的高度，此时伺服电机一3带动螺纹杆一5旋转，由于固定板37套接在螺纹杆一5上，固定板37会沿着螺纹杆一5向上移动，固定板37带动旋转装置和发射装置向上运动；当旋转板44靠近进球漏斗1的底部时，将小球38从进球漏斗1中放入箱体29中，小球38位于旋转板44上，且小球38与推板39触接；当操作者需要进行小球38的平抛运动演示时，通过拉动拉杆33，拉杆33带动传动杆一34和推板39同步移动，此时推板39对两个弹簧一41进行压缩，压力传感器35会感应到弹簧一41的压力，当到达临界压力时，释放拉杆33，推板39受到弹簧一41的作用会直接弹出，从而将小球38弹出，小球38经过速度感应器30，速度感应器30能测出小球38的初速度，然后小球38离开旋转板44后，在箱体29内做一个平抛运动，在经过相等距离的高度时，距离感应器会感应到小球38经过对应高度时与距离感应器的距离，小球38落到位置感应底板12上后，位置感应底板12会得出小球38的水平距离，不同高度的距离传感器25通过测出的小球38的距离，从而通过控制处理器7得出平抛运动的轨迹，并在显示控制面板26上显示；位置感应底板12得出了小球38的水平距离，再加上竖直方向只有重力加速度的作用，所以也就得出了竖直的高度；小球38由于初速度作用，会沿着U形滚动槽二11并穿过活动密封装置从出口管道22滚出，再以上述步骤进行多次演示；当操作者需要进行斜抛运动演示时，操作者通过显示控制面板26将旋转板44的位置调到箱体29中部位置，然后在显示控制面板26上点击旋转角度，伺服电机二23带动转动杆43转动，转动杆43带动旋转板44旋转，当旋转到一定角度后，停止旋转，然后按照平抛运动的操作步骤进行操作，最终可通过距离传感器25模拟出斜抛运动的运动轨迹；充电口24插上充电线为所有元器件进行供电。
密封压缩装置包括弧形固定块32、两个插接板31和弹簧二36；腔室4的底部开有两个插槽42；弧形固定块32的侧壁与传动杆一34的侧壁触接；弧形固定块32远离传动杆一34的侧壁与弹簧二36和两个插接板31的端部固定连接，两个插接板31分别与两个插槽42活动连接；弹簧二36远离弧形固定块32的端部与腔室4的顶部或底部固定连接，并且弹簧二36始终处于压缩状态。
在本实施例中，在上述中提到发射装置随着固定板37同步升降，传动杆一34带动弧形固定块32移动，弧形固定块32始终受到弹簧二36的弹力作用，弧形固定块32与传动杆一34紧密贴合；在传动杆一34上下移动时，同时会带动插接板31沿着插槽42移动，这样就能实现升降发射装置过程中，箱体29内始终处于真空状态。
水平调节装置包括固定杆一8、固定杆二9、升降套筒14、旋转调节装置和水平检测仪13；固定杆一8的一端和箱体29的底部连接，箱体29的底部与一个短杆(图中未标注)铰接，升降套筒14的顶部与箱体29的短杆铰接，固定杆一8和升降套筒14分别靠近箱体29的两端；固定杆一8的另一端与固定杆二9的一端铰接，固定杆二9的另一端与固定底板10的顶部固定连接；水平检测仪13与箱体29的底部固定连接；升降套筒14套接于旋转调节装置上。
在本实施例中，在使用该演示装置时，为了保证演示的精确度，需要在使用前进行水平调节，操作者通过调节旋转调节装置使得升降套筒14上下移动，当水平检测仪13显示水平状态时，停止调节；箱体29底部由于有可以转动的短杆，即可实现升降套筒14上下移动过程。
旋转调节装置包括旋钮18、传动杆二19、限位块一21、限位块二20、锥形齿轮一16、锥形齿轮二17和螺纹杆二15；升降套筒14套接于螺纹杆二15上，螺纹杆二15远离升降套筒14的端部穿过限位块一21与锥形齿轮一16的转轴处固定连接，锥形齿轮一16和锥形齿轮二17啮合；传动杆二19的一端与锥形齿轮二17的转轴处固定连接，传动杆二19的另一端与旋钮18的转轴处固定连接。
在本实施例中，在上述中提到的调节旋转调节装置的具体实施方式是操作者旋转旋钮18，旋钮18带动传动杆二19转动，传动杆二19带动锥形齿轮二17转动，锥形齿轮二17带动锥形齿轮一16转动，锥形齿轮一16带动螺纹杆二15转动，由于升降套筒14套接在螺纹杆上，这样就实现了螺纹杆上下移动。
活动密封装置包括环形壳体2和多个活塞瓣47，多个活塞瓣47与环形壳体2的内侧壁固定连接。
在本实施例中，活塞瓣47起到一个密封的作用，当小球38穿过活塞瓣47后，活塞瓣47会恢复到初始位置状态，可以防止小球38穿过活塞瓣47过程中空气进入箱体29内。
工作原理：将固定板37套接在螺纹杆一5上，螺纹杆一5与伺服电机一3固定连接，可以对发射装置的高度进行调节，从而根据实际高度来选择平抛运动模拟或斜抛运动模拟；通过在固定板37内设置伺服电机二23，且旋转板44套接在转动杆43上，可以对发射装置的发射角度进行控制；通过在箱体29的顶部安装抽空泵28，且抽空泵28与箱体29内部连通，可以保证箱体29内为真空状态，保证平抛运动或斜抛运动的小球38只受重力作用，从而达到最准确的运动测量数据；通过在推板39的侧壁固定安装传动杆一34，传动杆一34与拉杆33连接，在拉杆33的侧壁连接两个密封压缩装置，这样即使发射装置上下移动或转动时，均可保证箱体29内为真空状态；通过在箱体29的侧壁沿竖直方向设置多个距离传感器25，可以得出不同高度与距离传感器25的距离，从而得出小球38的运动轨迹。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种物理教育教学用演示装置，包括固定底板(10)和箱体(29)，其特征是：所述箱体(29)的顶部设有两个升降装置，两个所述升降装置之间设有旋转装置，所述旋转装置的顶部设有发射装置；所述箱体(29)的侧壁内设有两个密封压缩装置，两个所述密封压缩装置的一端与发射装置的侧壁连接；所述箱体(29)的底部设有水平调节装置，所述水平调节装置部分位于固定底板(10)内；所述箱体(29)的顶部设有抽空泵(28)；所述箱体(29)的顶部设有进球漏斗(1)，所述进球漏斗(1)位于发射装置的正上方；
所述升降装置包括伺服电机一(3)、螺纹杆一(5)、轴承一(6)和固定板(37)；所述伺服电机一(3)嵌设于箱体(29)的顶部，所述伺服电机一(3)的输出端与螺纹杆一(5)的端部固定连接，所述螺纹杆一(5)远离伺服电机一(3)的端部与轴承一(6)固定连接，所述轴承一(6)与箱体(29)的底部内侧固定连接；所述固定板(37)套接于螺纹杆一(5)上，所述旋转装置位于两个固定板(37)之间；
所述旋转装置包括伺服电机二(23)、转动杆(43)、轴承二(46)和旋转板(44)，所述伺服电机二(23)和轴承二(46)分别与两个固定板(37)的内侧壁固定连接；所述转动杆(43)的一端与伺服电机二(23)的输出端固定连接，所述转动杆(43)的另一端与轴承二(46)固定连接；所述旋转板(44)套接在转动杆(43)上，且所述旋转板(44)位于两个固定板(37)之间；所述旋转板(44)的顶部设有U形滚动槽一(45)，所述旋转板(44)的顶部与发射装置连接，所述发射装置位于U形滚动槽一(45)内；
所述发射装置包括小球(38)、圆柱筒(40)、两个压力传感器(35)、推板(39)、传动杆一(34)、两个弹簧一(41)、速度感应器(30)和拉杆(33)；所述小球(38)位于U形滚动槽一(45)内，所述圆柱筒(40)的侧壁与U形滚动槽一(45)的底部固定连接；所述推板(39)的侧壁与小球(38)触接；所述推板(39)远离小球(38)的侧壁与传动杆一(34)和两个弹簧一(41)的端部固定连接，所述传动杆一(34)远离推板(39)的端部穿过箱体(29)的侧壁与拉杆(33)固定连接；两个所述弹簧一(41)远离推板(39)的端部与两个压力传感器(35)分别连接，两个压力传感器(35)均嵌设于箱体(29)的侧壁内；所述箱体(29)的侧壁设有腔室(4)，两个所述密封压缩装置均位于腔室(4)内，且两个所述密封压缩装置均与传动杆一(34)的侧壁连接；所述速度感应器(30)与旋转板(44)的顶部固定连接；
所述箱体(29)的底部设有U形滚动槽二(11)内，所述U形滚动槽二(11)的端部设有出口管道(22)，所述出口管道(22)的端部和进球漏斗(1)的内侧壁均设有活动密封装置；所述U形滚动槽二(11)的底部设有位置感应底板(12)，所述箱体(29)的底部设有控制处理器(7)，所述箱体(29)远离升降装置的侧壁设有多个距离传感器(25)；所述箱体(29)的外侧壁设有显示控制面板(26)和充电口(24)。
2.根据权利要求1所述的一种物理教育教学用演示装置，其特征是：所述密封压缩装置包括弧形固定块(32)、两个插接板(31)和弹簧二(36)；所述腔室(4)的底部设有两个插槽(42)；所述弧形固定块(32)的侧壁与传动杆一(34)的侧壁连接；所述弧形固定块(32)远离传动杆一(34)的侧壁与弹簧二(36)和两个插接板(31)的端部固定连接，两个所述插接板(31)分别与两个插槽(42)活动连接。
3.根据权利要求1所述的一种物理教育教学用演示装置，其特征是：所述水平调节装置包括固定杆一(8)、固定杆二(9)、升降套筒(14)、旋转调节装置和水平检测仪(13)；所述固定杆一(8)的一端和升降套筒(14)的顶部均与箱体(29)的底部连接，所述固定杆一(8)和升降套筒(14)分别靠近箱体(29)的两端；所述固定杆一(8)的另一端与固定杆二(9)的一端铰接，所述固定杆二(9)的另一端与固定底板(10)的顶部固定连接；所述水平检测仪(13)与箱体(29)的底部固定连接；所述升降套筒(14)套接于旋转调节装置上。
4.根据权利要求3所述的一种物理教育教学用演示装置，其特征是：所述旋转调节装置包括旋钮(18)、传动杆二(19)、限位块一(21)、限位块二(20)、锥形齿轮一(16)、锥形齿轮二(17)和螺纹杆二(15)；所述升降套筒(14)套接于螺纹杆二(15)上，所述螺纹杆二(15)远离升降套筒(14)的端部穿过限位块一(21)与锥形齿轮一(16)的转轴处固定连接，所述锥形齿轮一(16)和锥形齿轮二(17)连接；所述传动杆二(19)的一端与锥形齿轮二(17)的转轴处固定连接，所述传动杆二(19)的另一端与旋钮(18)的转轴处固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种物理教育教学用演示装置，其特征是：所述活动密封装置包括环形壳体(2)和多个活塞瓣(47)；多个所述活塞瓣(47)与环形壳体(2)的内侧壁固定连接。
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