CN203085038U - 单片机对比式楞次定律物理演示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种单片机对比式楞次定律物理演示装置，属于物理实验仪器领域。演示装置由底座、三个方形铝管构成的框架组、铝块、磁铁块、由光电传感器发射端和光电传感器接收端组成的光电传感器、单片机系统、键盘系统、液晶显示屏等组成，装置能够测量出铝块和磁铁块从铝管中下落的时间。用来演示物理电磁学中的楞次定律，结构简单，演示现象直观。
Description
技术领域
本实用新型属于物理实验仪器领域，通过对比相同大小的铝块和铝块；磁铁块和磁铁块、铝块和磁铁块同时由高度相同的两个铝管自由下落或由高度相同的铝管和开槽铝管自由下落，由于受到的电磁阻尼大小不同，下落时间明显不同，来演示物理电磁学中的楞次定律。
背景技术
本实用新型是一种单片机对比式楞次定律物理演示装置。装置能够测量出铝块和磁铁块从铝管中下落的时间。铝块从铝管和开槽铝管下落时间很短，因为铝块下落中没有电磁阻尼，时间相同；磁铁块从开槽铝管中下落时间稍微增大；磁铁块从铝管中下落时间增大显著，从而反映出：磁铁块在铝管下落过程中，在铝管的管壁内产生横向的感生电流，感生电流总是反抗引起感生电流的原因，下落的磁铁块不断地受到磁力的阻碍作用下降速度变慢，磁铁块沿着开槽的铝管下落过程中，管中产生的感生电流很小，受到的电磁阻尼也小，所以下落时间，各不相同。本实用新型，不仅让学生可以加深物理电磁学中楞次定律的理解，还可以学到光电传感器的知识，电子测量技术、单片机的知识，可以拓展本科生的知识结构。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种单片机对比式楞次定律物理演示装置，该装置由：底座(5)、固定在底座上的由开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)构成的框架组、铝块I(3)、铝块II(4)、钕铁硼磁铁块I(1)、磁铁块II(2)、单片机系统(32)构成，可以测量出铝块和磁铁块从铝管及开槽铝管(9)中自由下落的时间，通过对比相同大小的铝块I和铝块II、磁铁块I和磁铁块II、铝块和磁铁块同时由高度相同的两个铝管自由下落或由高度相同的铝管和开槽铝管(9)自由下落，由于受到的电磁阻尼大小不同，下落时间明显不同，来演示物理电磁学中的楞次定律。
根据图1至图6所述，开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)上端用铝管固定条I(15)、铝管固定条II(16)相对两侧固定构成的框架组固定在底座(5)上，每个铝管上部和下部等高位置，固定由光电传感器发射端(17)、光电传感器接收端(18)组成的光电传感器，在开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)光电传感器的轴线位置水平开狭缝，用于通光，当铝块I(3)、铝块II(4)和磁铁块I(1)、磁铁块II(2)从开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)中下落通过光电传感器发射端(17)和光电传感器接收端(18)时产生脉冲信号，脉冲信号通过整形电路(29)将其整形后，送到控制电路(30)中，给出启动计时和停止计时的信号，根据接收到的脉冲数和频率，单片机系统(32) 计算出铝块和磁铁块从铝管中下落的时间，由计时及显示电路(33)显示。
计时器由光电传感器发射端(17)和光电传感器接收端(18)组成的光电传感器、控制电路(30)、晶体振荡器(31)、单片机系统(32)、计时及显示电路(33)组成。晶体振荡器(31)不断产生一定频率的波形，控制电路(30)是控制晶体振荡器(31)与单片机系统(32)接通与断开。根据接收到的脉冲数和频率，单片机系统(32)即可计算出铝块和磁铁块从铝管中自由下落的时间，由计时及显示电路(33)显示。
本专利的有益效果是：能直观、形象、定量的演示物理电磁学中的楞次定律，还可以使学生学到光电传感器的知识，电子测量技术、单片机的知识，可以拓展本科生的知识结构。
附图说明
图1单片机对比式楞次定律物理演示装置立体图
图2光电传感器固定结构图
图3铝管与底座固定结构图
图4单片机系统面板图
图5单片机系统框图
图6光电传感器线路图
图中：1、磁铁块I2、磁铁块II3、铝块I4、铝块II5、底座6、下光电传感器固定座I7、下光电传感器固定座II8、下光电传感器固定座III9、开槽铝管10、铝管I11、铝管II12、上光电传感器固定座IV13、上光电传感器固定座V14、上光电传感器固定座VI15、铝管固定条I16、铝管固定条II、17、光电传感器发射端18、光电传感器接收端19、橡胶缓冲垫20、推拉门21、铝管固定座22、液晶显示屏I23、液晶显示屏II24、液晶显示屏III25、总电源开关26、复位开关27、测试键28、仪表箱面板29、整形电路30、控制电路31、晶体振荡器32、单片机系统33、计时及显示电路
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步说明本实用新型的具体内容及实施方式。
单片机对比式楞次定律物理演示装置总体结构参阅图1和图6，由仪器演示部分和检测部分两块构成，仪器演示部分用于演示铝块和磁铁块组合；铝块和铝块组合；磁铁块和磁铁块组合分别从铝管和开槽铝管顶端同时自由下落，比较下落的时间，检测部分可以检测出下落的时间。
本实用新型实施具体采用如下的技术路线：
1、单片机对比式楞次定律物理演示装置的技术路线
如图1和如图3所示，开槽铝管(9)、铝管I(10)和铝管II(11)用胶和铝管固 定座(21)分别粘接在一起，用木螺钉固定在底座(5)上，开槽铝管(9)和铝管I(10)及铝管II(11)的上部用铝管固定条I(15)和铝管固定条II(16)固定，形成框架组结构，开槽铝管(9)、铝管I(10)和铝管II(11)的上部和下部等高位置各固定上光电传感器固定座IV(12)、上光电传感器固定座V(13)、上光电传感器固定座VI(14)及下光电传感器固定座I(6)、下光电传感器固定座II(7)、下光电传感器固定座III(8)，上光电传感器固定座和下光电传感器固定座安装光电传感器发射端(17)和光电传感器接收端(18)，在开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)光电传感器的轴线位置水平开狭缝，用于通光。当两个相同大小的铝块I(3)和铝块II(4)同时从开槽铝管(9)和铝管I(10)中下落时，会同时落地；当磁铁块I(1)和磁铁块II(2)从开槽铝管(9)和铝管II(11)中同时自由下落时，磁铁块II(2)在铝管II(11)下落过程中，在铝管的管壁内产生横向的感生电流，下落的磁铁块不断地受到磁力的阻碍作用下降速度变慢，磁铁块I(1)沿着开槽的铝管(9)下落过程中，管中产生的感生电流很小，受到的电磁阻尼也小，所以磁铁块II(2)比磁铁块I(1)下落时间长很多；当铝块I(3)和磁铁块I(1)同时从铝管I(10)和铝管II(11)中自由下落时，下落的磁铁块不断地受到磁力的阻碍作用下降速度变慢，铝块尽管轻，还先落地，液晶显示屏I(22)、液晶显示屏II(23)、液晶显示屏III(24)显示铝块和磁铁块从铝管中下落的时间，橡胶缓冲垫(19)可以减小磁铁块和铝块落地的撞击，延长使用寿命，较少损坏或变形，推拉门(20)可以阻止磁铁块和铝块掉出，拉出推拉门(20)，可以方便取出磁铁块和铝块。
2、单片机对比式楞次定律物理演示装置测试时间的技术路线
如图2、如图4、如图5、如图6所示，当铝块和磁铁块从铝管中下落通过光电传感器发射端(17)和光电传感器接收端(18)时产生脉冲信号，脉冲信号通过整形电路(29)将其整形成后，送到控制电路(30)中，给出启动计时和停止计时的信号。
计时器由光电传感器发射端(17)和光电传感器接收端(18)组成的光电传感器、控制电路(30)、晶体振荡器(31)、单片机系统(32)、计时及显示电路(33)组成。晶体振荡器(31)不断产生一定频率的波形，控制电路(30)是控制晶体振荡器(31)与单片机系统(32)接通与断开，根据接收到的脉冲数和频率，单片机系统(32)即可计算出铝块和磁铁块下落的时间，由计时及显示电路(33)显示。
Claims (2)
1.一种单片机对比式楞次定律物理演示装置，该装置由：底座(5)、固定在底座上的由开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)构成的框架组，铝块I(3)、铝块II(4)、钕铁硼磁铁块I(1)、磁铁块II(2)、单片机系统(32)构成，可以测量出铝块和磁铁块从铝管及开槽铝管(9)中自由下落的时间，通过对比相同大小的铝块I和铝块II、磁铁块I和磁铁块II、铝块和磁铁块同时由高度相同的两个铝管自由下落或由高度相同的铝管和开槽铝管(9)自由下落，由于受到的电磁阻尼大小不同，下落时间明显不同，来演示物理电磁学中的楞次定律。
2.根据权利要求1所述的一种单片机对比式楞次定律物理演示装置，其特征在于，开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)上端用铝管固定条I(15)、铝管固定条II(16)相对两侧固定构成的框架组固定在底座(5)上，每个铝管上部和下部等高位置，固定由光电传感器发射端(17)、光电传感器接收端(18)组成的光电传感器，在开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)光电传感器的轴线位置水平开狭缝，用于通光，当铝块I(3)、铝块II(4)和磁铁块I(1)、磁铁块II(2)从开槽铝管(9)、铝管I(10)、铝管II(11)中下落通过光电传感器发射端(17)和光电传感器接收端(18)时产生脉冲信号，脉冲信号通过整形电路(29)将其整形后，送到控制电路(30)中，给出启动计时和停止计时的信号，根据接收到的脉冲数和频率，单片机系统(32)计算出铝块和磁铁块从铝管或开槽铝管(9)中下落的时间，由计时及显示电路(33)显示。
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2013
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