CN200950215Y

CN200950215Y - 纸带感应式数字计时器

Info

Publication number: CN200950215Y
Application number: CN 200520052019
Authority: CN
Inventors: 黄新万; 黄拓夏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2015-09-27

Abstract

本实用新型是涉及一种物理实验计时装置——纸带感应式数字计时器。由穿孔纸带、感应纸带穿孔的光电门、纸带走带装置、数字计时控制装置组成。主要特征是：利用实验中的“研究物体”带动穿孔纸带在光电门中运动，由于纸带的露光、挡光作用，光电门将产生电脉冲信号，利用数字计时控制装置来接收光电门的电脉冲信号，由于数字计时控制装置中的单片机内写入了和实验要求相适应的应用程序，它能自动记录和显示各电脉冲相对启动时刻的时间；能研究多种直线运动规律。该实用新型——纸带感应式数字计时器可与打点计时器的实验器材相配合，能完成打点计时器所能完成的全部实验：研究匀变速直线运动规律；测量运动物体的即时速度和加速度；验证牛顿第二运动定律；验证机械能守恒定律；该仪器操作简单，数据显示直观迅速，实验精度高，是一种无纸带损耗的环保型低价实验仪器。

Description

纸带感应式数字计时器

一、技术领域：

本实用新型是一种物理实验计时装置——纸带感应式数字计时器。

二、背景技术：

目前物理实验中广泛使用的计时器有：J0203型电磁打点计时器、J0207型电火花打点计时器、J0201数字计时器；电磁打点计时器、电火花打点计时器在高中物理学生分组实验中广泛使用，是两种精度较高的纸带记录式仪器；电磁打点计时器使用前要进行校准才能保证实验精度，打点针和纸带接触使研究物体阻力增加，快速运动时易造成撕带，影响实验效果；电火花打点计时器由于无打点针接触纸带，且电火花脉冲频率决定打点频率，基本上克服了电磁打点计时器的不足，然而电火花打点计时器内的高压是一个不安全因素，墨粉纸和纸带的接触不紧时，出现打点痕迹不明显或漏点，影响实验效果；两种打点计时器均使用一次性纸带，既浪费纸带又不环保；数字计时器精度高，实验效果好，但要配合价格较高的实验装置，在高中学生实验中难于推广。

三、发明内容：

本实用新型的目的在于利用实验中的“研究物体”带动穿孔纸带在光电门中运动，当穿孔纸带通过光电门时，小孔经过光电门为露光，其它位置经过光电门为挡光，由于纸带的露光、挡光作用，光电门将产生电脉冲信号，数字计时控制装置可接收光电门的电脉冲信号，由于数字计时控制装置中的单片机内写入了和实验要求相适应的应用程序，它能自动记录和显示各电脉冲相对启动时刻的时间。

本实用新型的技术方案是：它由穿孔纸带、感应纸带穿孔的光电门、纸带走带装置、数字计时控制装置组成；其特征在于：光电门安装在纸带走带装置中；光电门由发光管和接收管构成；纸带的穿孔位置为露光位置，其余部分为挡光位置；穿孔纸带在光电门的发光管和接收管之间运动时，将产生对应于不同穿孔位置的多个电脉冲信号；数字计时控制装置检测到纸带运动后将自动启动应用程序，记录并显示各电脉冲相对启动时刻的时间；根据各孔相对起始位置之间的距离和各孔相对启动时刻的时间，可以研究多种运动规律。

四、附图说明：

图1为本实用新型——纸带感应式数字计时器整体示意图；

图2为本实用新型——纸带感应式数字计时器中的纸带走带装置的剖示图；

图3为本实用新型——纸带感应式数字计时器中的特殊纸带示意图；

图4为本实用新型——纸带感应式数字计时器中的数字计时控制器原理框图。

图中：

1-数字计时控制器；2-出纸带限位孔；3-进纸带限位孔；4-纸带；5-光电门发光管；6-启动按扭；7-光电门接收管；8-光电门固定架；9-小挂钩；10-硬挡片；11-起始点O；12-方形小孔A；13-方形小孔B；14-方形小孔C；15-方形小孔D。

五、实施方式：

如图1所示，本实用新型由数字计时控制装置，纸带走带装置，感应纸带穿孔的光电门组成；各装置安放在长为15厘米、宽为6厘米、厚为3厘米的长方体外壳中。

数字计时控制装置1由PIC16F84单片机、数码管显示装置、电信号接收控制电路(含启动按扭)、单片机应用程序组成，如图4所示。

图2为纸带走带装置的剖示图，纸带走带装置由长为6cm、宽为2cm、高为0.5cm的方形槽构成，槽的一端为进纸带限位孔3，另一端为出纸带限位孔2，槽的中部为光电门固定架8，光电门由发光管5和接收管7构成，光电门的发光管5和接收管7相对设置，安装在固定架8中心位置，穿孔纸带可在发光管5和接收管7之间自由运动；计时器启动按扭6安装在出纸带限位孔2的下部。

图3为特殊纸带示意图，纸带长50厘米、宽1.8厘米，纸带的起始端固定一硬挡片10，硬挡片10的另一侧用软线连接一个小挂钩9，以便和“研究物体”相连，硬挡片10长2厘米，宽0.5厘米，硬挡片平面与纸带平面垂直固定以便纸带张紧时能有效压紧启动按扭6，将纸带穿过走带装置，并用手拉紧纸带的尾端使硬挡片10压紧启动按扭6使之闭合，此时将光电门的中心位置在纸带上作好标记，将该标记点命名为“O”点，O点就是“研究物体”从静止开始运动的起始点；以O为始点，开四个两两相隔10厘米的方形小孔，方形小孔的长为0.5厘米、宽为0.2厘米，设自O点起各方形小孔的编号依次为A、B、C、D；则O点到孔A的距离为d1＝10cm，O点到孔B的距离为d2＝20cm，O点到孔C的距离为d3＝30cm，O点到孔D的距离为d4＝40cm(注意：O点处不开孔)；把作好的纸带穿过纸带走带装置，拉紧纸带并使纸带的起始端的硬挡片10压住启动按扭6使之闭合，此时“研究物体”静止，计时器处于预备状态，松手后启动按扭6断开，同时计时器启动，研究物体作初速度为0的加速运动；当纸带上某小孔通过光电门时，计时器便记录该小孔通过光电门时的相对启动时刻的时间T；设小孔A通过的时间为T₁，小孔B通过的时间为T₂，小孔C通过的时间为T₃，小孔D通过的时间为T₄；由于起始O点、小孔A、B、C、D之间的距离两两相隔10厘米，并且运动物体的初速度为0，若T₁∶T₂∶T₃∶T₄＝√1∶√2∶√3∶√4(或者，若T₁∶T₄＝1∶2)，则可以判定“研究物体”作初速度为0匀加速运动。

对于初速为0的匀加速运动，某点即时速度为起始点到该点的平均速度的两倍；因此根据各小孔A、B、C、D相对O点的时间和距离，求出各小孔的平均速度，则各小孔处的即时速度为平均速度的两倍。

对于初速为0的匀加速运动，根据各小孔A、B、C、D相对O点的时间和距离，利用其中某一点到起始点O的距离和时间，根据匀加速运动的公式(a＝2d/t²)可求出加速度。

该实用新型——纸带感应式数字计时器可完成打点计时器所能完成的全部实验(如：研究匀变速直线运动规律；测量运动物体的即时速度和加速度；验证牛顿第二运动定律；验证机械能守恒定律)；该仪器操作简单，数据显示直观迅速，实验精度高，是一种无纸带损耗的环保型低价实验仪器。

Claims

1、一种纸带感应式数字计时器，由穿孔纸带、感应纸带穿孔的光电门、纸带走带装置、数字计时控制装置组成，其特征在于：实验中的“研究物体”带动穿孔纸带在光电门中运动，光电门产生电脉冲信号，数字计时控制装置接收光电门的电脉冲信号。

2、根据权利要求1所述的纸带感应式数字计时器，其特征在于：光电门安装在纸带走带装置中，走带装置的中部为光电门固定架(8)，光电门由发光管(5)和接收管(7)构成，发光管和接收管相对设置，光电门安装在固定架(8)中心位置，穿孔纸带可在发光管(5)和接收管(7)之间自由运动；计时器启动按扭(6)安装在出纸带限位孔(2)的下部，纸带的起始端固定一硬挡片(10)，硬挡片(10)另一侧用软线连接一小挂钩(9)，以便和“研究物体”相连，硬挡片平面与纸带平面垂直。