CN203644271U - 抛体运动试验装置 - Google Patents

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叶德利
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Ye Deli
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Abstract

本实用新型公开了一种抛体运动试验装置,抛体运动试验装置包括同一段斜度或水平的导轨、能吸住钢球的电磁线圈、定位与其感应器具装置、其一侧与竖板构成一弹片槽、底座和底座垂直固定的竖板,电磁线圈固定在斜度的导轨上端口可活动配合,导轨与竖板之间设有伸缩摇杆以得竖落高度变化,定位与其感应器具对于其中平抛、斜抛运动物体的每一次运动均能以“真像化”的实验切身体验、及配以相应某瞬时状态予以动态转化为静态的探究实验心理规律,竖板上固定有二屏显示屏控制面板,以测量对应的运动时间,也可配以传感器测得相应位移及配有长度刻度对应测量等的“数字化”测量手段,是目前极为综合性运动实验操作观察、测量探究的学生平台仪器。

Description

抛体运动试验装置
技术领域
本实用新型涉及一种教学实验仪器,特别是抛体运动试验装置。 
背景技术
抛体运动实验装置是中等基础物理教学当中的一个很重要实验探究器材,尤其是广大学生对于基础运动中的平抛运动、斜上抛、斜下抛等较为复杂运动规律与特点的探究与实验所要渴望得到一种实验仪器,目前技术水平:已有一种仪器只是采取将抛体运动过程中的某一瞬时状态予以捕捉与相应记下运动痕迹,将该所得实验结果是较为真实可信,但其准确度较低,实验后续处理较为繁琐等不合理实验弱点;另一类仪器只是采用了光电传感器来探测该运动的某一状态时间,但相应的位移则无法科学地、有效地予以真像化捕捉及测量,即该运动的实验过程缺乏真实感,这正是违背了中学阶段实验探究运动规律时所需尽可能予以原本性地展示观察认知,及实验操作所需真实体检的认知心理规律;更重要的是目前较好技术状况:通过传感器与电脑软件相结合技术只能针对解决直线运动方面有关参数的直接测量,而无法将上述曲线运动的相关参数及过程进行直接测量与真像化展示,也就是只能在电脑画面当中先予以该曲线运动描迹后,再在电脑画面上进行间接地测量分析曲线运动分解成两条直线方面的运动情况,而后就此进行探究实际上属于做的是模拟性地演示实验探究了。 
为此极为需要一种仪器针对该平抛、斜上下抛运动进行有效地有关运动时间及相应位移(水平位移与竖落高度)数字化测量实验,并能够将实验具体真像化地予以该状态的真实展示。 
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述抛体运动实验某一运动过程中完全能够被任意予以真像化地准确捕捉定位,同时又能够较为科学、真像、有效、 简捷地进行实时测量时间与位移来测量探究,即实验现象观察与处理所要求实验过程,应具备完全“真像化”的真实体验所基本要求的抛体运动试验装置。 
为了实现上述目的,本实用新型所设计的抛体运动试验装置,其特征在于:抛体运动试验装置包括同一段斜度或直道的导轨(1)、能吸住金属球的电磁线圈装置(2)、抛体定位与其感应器具装置(3)、线路盒(8)、底座(4)和底座垂直固定的竖板(6),电磁线圈装置(2)通过固定在斜度的导轨(1)上活动配合,定位与其感应器具装置(3)固定底座(4)上,导轨(1)通过与其线路盒(8)内呈半圆形的导轨槽活动配合固定,导轨(1)与竖板(6)之间设有摇杆装置(5),摇杆装置(5)一端与线路盒(8)固定,另一端与竖板(6)固定,所述的定位与其感应器具装置(3)一侧与竖板(6)构成一个抛体接收定位与感应的弹片槽(25),即通过竖板(6)上面的显示屏(11)予以测量显示出挡光时间及间隔时间,另配有传感器(27)可再有予以测量间隔时间及相应的位移。 
所述导轨(1)的直道段的端口处设有光电门壳体(7)、垂线激光器(22)和线路盒(8),光电门壳体(7)包括接收管(21)和发射管(20),光电门壳体(7)位于导轨(1)的正上方,光电门壳体(7)一侧通过螺母槽(24)与线路盒(8)栓定,垂线激光器(22)在光电门壳体(7)的发射管(20)与接收管(21)之间,光电传感器引线(9)一端头可活动插接在光电门壳体(7),另一端头引到线路盒(8)内的线路中,导轨(1)的直道段在线路盒(8)内的导轨槽活动配合固定,直道段运动出来的物体做平抛运动、做斜上抛或斜下抛运动,并通过垂线激光器(22)射出激光垂线到正下方的底座(4)上面的从最左边向右边移动的标志范围内,也可从导轨(1)上面的导轨水平器(16)水泡状态予以提示。 
所述的竖板(6)上固定有显示屏(11)和x方向位移刻度(12),光电门装置(10)及定位及其感应器装置(3)其中弧型弹片(26)用于运动球到达时使之大为减速或缓冲,并定位与其感应器具装置(3)的底部装有熔胶层(28),再次使运动球被其准确被捕捉与定位,以及与其侧装有传感器(27)或照明灯,以让被定位球通过弧型弹片(26)的若干条弧型弹片间缝(42)而明亮透视给观测者的该运动金属 球的即时位置及瞬时运动状态,又同时通过传感器(27)或弧型弹片(26)与竖板(6)感应的光电线路连接及电子程序、传感器反应,将若干个电信号反馈至二屏显示屏(11)显示挡光时间及间隔时间或者间隔时间及相应位移。 
所述的底座(4)上设有调节三至四个调节底座水平螺栓(14)及中央设有一水平器。 
所述的摇杆装置由配有刻度的内套杆(18)、以内套杆相套合的外套杆(17)以及固定在外套杆端口的摇杆装置(5)组成,所述的摇杆装置(5)包括控制其升降的摇杆(33)、限位内套杆(18)的前后内套杆限位螺栓(35)和转动螺杆(34),转动螺杆(34)的齿轮(37)与贯穿于内套杆(18)的长齿条(39)相配合转动,以使内套杆(18)上下升降活动,随时通过前后内套杆限位螺栓(35)顶向内套杆限位圈片(38),即时使内套杆(18)处于某一高度固定。 
本实用新型得到的轨道上运动物体的定位与其感应器具,对于某一种的每一次运动均能以“真像化”的实验切身体验、及留下某瞬时状态(位移大小予以具体地确定)予以最大化地具体研究运动特点与规律,这与那些拍照运动轨迹、转为电脑画面手段的更为真像、具体与准确,并且操作重复性、耐用性均为上佳;它们同时分别由时间感应引线与另外的相关时间电路一起结合后,即竖板上固定有二屏计时器控制面板,以测量所对应的运动时间,与上述的准确位移测量相结合即组成了“数字化”测量手段的平台,其效果也很简捷、实用,可操作性极强,为此本实用新型是平抛运动、斜上抛、斜下抛等基础运动所需的实验操作、观察体验、测量探究最为完美结合的基础教学仪器。 
附图说明
图1是本实用新型的整体示意图; 
图2是光电门壳体的结构内部示意图; 
图3是图2的部件重垂线激光器结构示意图; 
图4是抛体接收定位的弹片槽的结构示意图; 
图5是图4的A-A竖直方向剖视图; 
图6是弧型弹片的结构示意图; 
图7是卡弹簧贴片的结构示意图; 
图8是卡弹簧垫片的结构示意图; 
图9是电磁线圈装置的结构示意图; 
图10是图9的横截面剖视图 
图11是摇杆装置的背向A整体示意图; 
图12是图11的竖向B剖视图。 
图中:导轨1、电磁线圈装置2、定位与其感应器具装置3、底座4、摇杆装置5、竖板6、光电门壳体7、线路盒8、光电传感器引线9、光电门装置10、显示屏11、x方向位移刻度12、调节定位器螺栓13、调节底座水平螺栓14、球始动开关15、导轨水平器16、外套杆17、内套杆18、垂线激光管固定口19、发射管20、接收管21,垂线激光器22、调节激光管竖直螺栓口23、固定光电门螺母槽24、球定位弹片槽25、弧型弹片26、传感器27、熔胶层28、卡弹簧贴片29、电磁线圈30、线圈架体31、线圈移动定位扳锁32、摇杆33、转动螺杆34、内套杆限位螺栓35、升降摇动装置36、螺杆齿轮37、内套杆限位圈片38、内套杆长齿条39、卡弹簧垫片40、弹簧卡口41、弧型弹片间缝42、固定片孔43。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 
实施例1: 
如图1所示,本实施例提供的抛体运动试验装置,抛体运动试验装置包括同一段斜度或直道的导轨1、能吸住钢球的电磁线圈装置2、定位与其感应器具装置3、光电门装置10、摇杆装置5、竖板6与底座4组成,电磁线圈装置2由电磁线圈30、电磁线圈架体31及线圈移动定位扳锁32组成,电磁线圈装置2通过电磁线圈架体31及线圈移动定位扳锁32活动固定在导轨1上端,直道导轨的下端还装有导轨水平器16,导轨水平器16用于确定导轨是否处于水平或斜右向上,定位与其感应器具装置3固定底座4上,和底座垂直 固定的竖板6组成球定位弹片槽25,所述定位与其感应器具装置3通过调节定位器螺栓13活动固定在底座4上,球定位弹片槽25由整条一定长度、宽度方向上有若干条等距的弧型弹片间缝42的弧型弹片26、若干个弹簧的自由端分别与弧型弹片26的背面下端所镶嵌的卡弹簧贴片29的弹簧卡口41卡住而抵触,这些弹簧另一端固定在卡弹簧垫片40的弹簧卡口41上,通过固定片孔43分别将弧型弹片26与卡弹簧垫片固定在定位与其感应器具装置3的内侧,弧型弹片26用于运动球到达时使之大为减速或缓冲,并定位与其感应器具装置3的底部装有熔胶层28,再次使运动球准确被捕捉与定位,以及与其侧装有传感器27或照明灯,以让被定位球通过弧型弹片26的若干间缝而明亮透视给观测者的具体位置及瞬时状态,导轨1与竖板6之间装有摇杆装置5,摇杆装置5的一端与导轨1连接,另一端与竖板6连接固定,所述的摇杆装置5由摇杆33、内套杆18、以内套杆活动升降配合的外套杆17以及固定在外套杆端口的升降摇动装置36组成,所述的升降摇动装置36包括控制升降的摇杆33、转动螺杆34、贯穿于控制高度装置的前后两个内套杆限位螺栓35,内套杆18上带有刻度以及附有一体成型的内套杆长齿条39,在升降摇动装置36还装有与内套杆长齿条39相配合的螺杆齿轮37,通过摇杆33可自由升降内套杆18,可随时通过内套杆限位螺栓35向内顶触内套杆限位圈片38,而使内套杆18即时固定于某一高度,并在内套杆18上面刻度直接读出其所处于高度大小。 
所述导轨1的水平段的端口处装有光电门壳体7、垂线激光器22、光电传感器引线9与线路盒8构成,光电门壳体7位于导轨1的右端上方,导轨1的右端按线路盒8内的一定弧度槽转动后随即固定,即可得导轨1斜向上或斜向下,以达到出导轨端口后的运动物体将可做斜上抛或斜下抛运动,及水平抛出的即做平抛运动,光电门壳体7一侧有固定光电门螺母槽24与线路盒8螺丝配合固定,光电传感器引线9位于线路盒8上端,所述的光电门壳体7内部的包括发射管20和接收管21,垂线激光器22,通过垂线激光管固定口19固定在光电门壳体7上。通过三个螺栓分别穿过螺栓口23及三根柱形弹簧 旋定在光电门壳体7的垂线激光管固定口19中,即可随机进行各个螺旋调节,以使垂线激光器22射出的激光束作为重垂线,底座4上面有相应的竖直标志点或允许偏移区域范围予以相对应。 
所述的竖板上固定有显示屏11(左右二屏进行计时)和x方向位移刻度12,光电门装置10、定位与其感应器具装置3各自的内部通过电连接反馈信号至显示屏11予以显示挡光时间、间隔时间,通过传感器27再另显示间隔时间及相应位移;所述的底座上设有调节底座水平螺栓,可调节其水平度,以提高准确度。 
本实用新型的使用方法:一段时期没有使用时,该仪要预先注意球定位弹片槽25底部的熔胶层28粘性是否够好。每次使用前先调节底座水平螺栓14,使底座在实验操作过程中始终保持水平状态,实验操作要观察导轨上的导轨水平器16处于水平、斜上、或斜下方向状态。 
通过摇杆装置5将导轨1升降到某一高处,确保垂线激光器22射出的激光点对准其正下方的底座4上面标志圈内逐一注意:每当上竖板变化了高度时均要按此方式操作。 
做抛体运动物体一般采用钢球(最好为轴承钢球,直径不宜太小),如运动钢球进行平抛运动(或斜上抛、或斜下抛),只要实验前保证它们运动所在平面的正下方,使运动球正好能够投入放置好该抛接位移定位与其运动感应器具3内,同时适当调节定位器螺栓13的抛接槽距25(按上述该运动的不同着落点近远分别以大到小的抛接槽间距25给予栓定),然后均可将每一次运动钢球予以某一运动过程中任意瞬时予以准确捕捉而定位,即将该运动物体位置可相当于其运动水平方向上的位移及高度得以测量,同时通过时间感应引线与相关时间电路结合可测量该运动状态的对应时间。 
实验结论: 
每一次实验得到以下相关物理量的一组实验数据——平抛运动时间t1、抛出点的抛出时间t1′、对应水平位移x1、对应竖落位移y1。 
其中,抛球的初始起落位置可沿导轨1的左上端上下移动而定,可得到 不同的“抛出即时速度”;其水平抛出“即时速度”由“S1”显示屏时间数据而间接得到显示,或者直接得到显示(运动球的直径大小除以该运动时间所得到数值);而它平抛水平“平均速度”则由“平抛”显示屏t与对应水平位移x读出而间接得到,还有同时记录对应的竖直高度或竖直位移y数据;改变了上竖板高度而后又以同样方法进行上述测量,不同次同样方法的运动实验分别得出不同组实验数据(t1,t1′,x1,y1)…… 
另外,本实用新型测量的计时最小分度值属为0.001s与0.001ms两级别,及位移或长度最小分度值为1mm~5mm级别。 

Claims (5)

1.一种抛体运动试验装置,其特征在于:抛体运动试验装置包括同一段斜度或直道的导轨(1)、能吸住金属球的电磁线圈装置(2)、抛体定位与其感应器具装置(3)、线路盒(8)、底座(4)和底座垂直固定的竖板(6),电磁线圈装置(2)通过固定在斜度的导轨(1)上活动配合,定位与其感应器具装置(3)固定底座(4)上,导轨(1)通过与其线路盒(8)内呈半圆形的导轨槽活动配合固定,导轨(1)与竖板(6)之间设有摇杆装置(5),摇杆装置(5)一端与线路盒(8)固定,另一端与竖板(6)固定,所述的定位与其感应器具装置(3)一侧与竖板(6)构成一个抛体接收定位与感应的弹片槽(25)。 
2.根据权利要求1所述的抛体运动试验装置,其特征在于:所述导轨(1)的直道段的端口处设有光电门壳体(7)、垂线激光器(22)和线路盒(8),光电门壳体(7)包括接收管(21)和发射管(20),光电门壳体(7)位于导轨(1)的正上方,光电门壳体(7)一侧通过螺母槽(24)与线路盒(8)栓定,垂线激光器(22)在光电门壳体(7)的发射管(20)与接收管(21)之间,光电传感器引线(9)一端头可活动插接在光电门壳体(7),另一端头引到线路盒(8)内的线路中,导轨(1)的直道段在线路盒(8)内的导轨槽活动配合固定。 
3.根据权利要求1或2所述的抛体运动试验装置,其特征在于:所述的竖板(6)上固定有显示屏(11)和x方向位移刻度(12),光电门装置(10)及定位及其感应器装置(3),还有弧型弹片(26)用于运动球到达时使之减速或缓冲,并且定位与其感应器具装置(3)的底部装有熔胶层(28),以及与其侧装有传感器(27)或照明灯。 
4.根据权利要求1所述的抛体运动试验装置,其特征在于:所述的底座(4)上 设有调节三至四个调节底座水平螺栓(14)及中央设有一水平器。 
5.根据权利要求1所述的抛体运动试验装置,其特征在于:所述的摇杆装置由配有刻度的内套杆(18)、以内套杆相套合的外套杆(17)以及固定在外套杆端口的摇杆装置(5)组成,所述的摇杆装置(5)包括控制其升降的摇杆(33)、限位内套杆(18)的前后内套杆限位螺栓(35)和转动螺杆(34),转动螺杆(34)的齿轮(37)与贯穿于内套杆(18)的长齿条(39)相配合转动。 
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