CN203773802U - 基于光电感应的新型led运动轨迹描绘仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光电感应的新型LED运动轨迹描绘仪，包括立方框架、平抛轨道、强光源、光敏电阻板、LED板和触发器。在小球通过平抛轨道，路径的一侧安装强光源，另一侧安装光敏电阻阵列。当小球通过时，由于强光源被小球遮挡，照到光敏电阻上的光强变弱。利用光敏电阻对光线强度敏感的特性，使得光敏电阻两端电压的波形会出现一个上升沿，从而使触发器工作。触发器输出高电平，使得LED灯发光，且当小球经过此光敏电阻后，LED灯持续发光。本实用新型作为一种新型教学演示及实验操作的仪器装置，不仅能够实现平抛运动轨迹的简易、快捷描绘，更能用于其它更加复杂的运动轨迹描绘，增加学生学习的兴趣，促进教师教学质量和教学效果的显著提高。<b/>

Description

基于光电感应的新型LED运动轨迹描绘仪

技术领域

本实用新型涉及一种轨迹描绘装置，特别涉及一种利用光电感应技术将动态运动轨迹在LED阵列上直观显示的描绘仪。

背景技术

目前，平抛运动作为典型的运动形式，常被引入中学乃至大学物理经典力学的授课内容。在教学中教师通常采用的方法有两种：一是逐点试探法，通过逐点试探来确定小球在不同时刻通过的位置，并将通过的位置一一记录，然后将这些点用平滑的曲线连接起来，从而描绘出平抛运动的轨迹；二是水平方向平移挡板法，通过水平移动挡板确定小球在不同时刻的点坐标，将这些点坐标用平滑的曲线连接，从而得到平抛运动的轨迹图。除此之外还有使用数码相机拍摄小球平抛运动的连续照片，最后通过繁琐的测量、描点，从而获得平抛运动的轨迹图像等等其它方法。这些描绘方法和实验设备构造虽然都可以粗略描绘出平抛运动的轨迹，但操作过程比较繁琐、复杂，对操作人员在进行操作时要求比较高，而且描绘出的平抛运动的轨迹误差较大、不够准确，在课堂教学中，演示效果较差。

实用新型内容

为解决教学中平抛运动轨迹描绘时繁琐的测量、描点以及描绘的轨迹误差较大、不够准确的问题。本实用新型提出一种基于光电感应的新型LED运动轨迹描绘仪。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种基于光电感应的新型LED运动轨迹描绘仪，其特征在于包括立方框架、平抛轨道、强光源、光敏电阻板、LED板和触发器；其中所述立方框架的后框架中心设置有强光源，所述平抛轨道设置在立方框架后部上横梁上；所述光敏电阻板和LED板设置在立方框架的前框架上，光敏电阻板面朝立方框架的后部，LED板面朝外部；所述光敏电阻板上均匀分布有光敏电阻，所述LED板上均匀分布有LED灯，每2个光敏电阻通过1个触发器与2个LED灯相连。

所述平抛轨道上部设置有挡板。

在小球通过平抛轨道，路径的一侧安装强光源，另一侧安装光敏电阻阵列。当小球通过时，由于强光源被小球遮挡，照到光敏电阻上的光强变弱。利用光敏电阻对光线强度敏感的特性，使得光敏电阻两端电压的波形会出现一个上升沿，从而使触发器工作。触发器输出高电平，使得LED灯发光，且当小球经过此光敏电阻后，LED灯持续发光。所以就可以由LED灯亮灭情况直接观察并描绘出小球的运动轨迹。

本实用新型的描绘仪作为一种新型教学演示及实验操作的仪器装置，不仅能够实现平抛运动轨迹的简易、快捷描绘，更能用于其它更加复杂的运动轨迹描绘，增加学生学习的兴趣，促进教师教学质量和教学效果的显著提高。 

本实用新型有益效果在于：

（1）  利用光敏电阻对光线强度敏感的特性，对平抛运动的物体进行检测，使得描绘出来的物体轨迹图更加准确；

（2）  用LED的发光特性进行轨迹显示，更加直观、形象；

（3）  装置操作简单，易于学习和理解；

（4）  该描绘仪不仅可以作为研究平抛运动轨迹的辅助仪器，更可以作为其它运动形式的教学演示仪，增加学生学习的兴趣，提高教学的质量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的电路原理图。

附图标记：1-挡板；2-小球；3-光敏电阻板；4-LED板；5-强光源；6-平抛轨道；7-立方框架；D-触发器；A1、A2-LED灯；R5、R7-光敏电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。

图1为新型LED运动轨迹描绘仪的结构示意图，描绘仪包括：立方框架7、平抛轨道6、强光源5、光敏电阻板3、LED板4和触发器。在立方框架的后框架中心设置有强光源，平抛轨道设置在立方框架后部上横梁上，平抛轨道上部设置有挡板1。

光敏电阻板和LED板设置在立方框架的前框架上，光敏电阻板面朝立方框架的后部，LED板面朝外部。光敏电阻板上均匀分布有光敏电阻，LED板上均匀分布有LED灯，每2个光敏电阻通过1个触发器与2个LED灯相连。

将小球2放置在平抛轨道上让其自由下落，路径的一侧安装强光源，另一侧安装光敏电阻阵列。当小球通过时，由于强光源被小球遮挡，照到光敏电阻上的光强变弱。利用光敏电阻对光线强度敏感的特性，使得光敏电阻两端电压的波形会出现一个上升沿，从而使触发器工作。触发器输出高电平，使得LED灯发光，且当小球经过此光敏电阻后，LED灯持续发光。所以就可以由LED灯亮灭情况直接观察并描绘出小球的运动轨迹。

图2是电路原理图。

根据光敏电阻的灵敏度，选择合适的光敏电阻。当小球通过时，由于强光源被小球遮挡，光敏电阻可以产生控制电信号。

在触发器电路中                                               时，不论输入端 为何种状态，都会使，，即触发器置1；当且时，触发器的状态为0。当且仅当且时，触发器才正常工作。本实用新型所用的触发器是在CP脉冲上升沿时接收输入信号，而在CP为高电平、低电平和下降沿时，输入端被封锁，输出端保持不变。当光敏电阻传送来控制电信号时，触发器在CP脉冲上升沿时接收输入信号，锁存电信号。

触发器输入端D一直为高电平，当CLK上升沿出现瞬间，其输出Q端立刻变为高电平，使得LED灯发光。当小球经过此光敏电阻后，光敏电阻两端的电压由高电平变为低电平，但其输出端的电平不会发生改变，也就是说输出端Q保持高电平，LED灯持续发光，我们可以由LED灯亮灭情况直接观察出小球的运动轨迹。

 同时根据平抛运动轨迹的实际形状，考虑到LED灯阵列的合理布局问题，这样不仅可以减少LED灯的使用数量，而且可以减少触发器的使用数量以及光敏电阻的使用数量，从而达到降低成本的目的。其中合理布局包含以下两个层面：第一，平抛运动的轨迹为抛物线，于是可以将光敏电阻阵列以及LED灯阵列大致布局为抛物线簇；第二，因为平抛物体下落得速率越来越快，当下落的高度超过一定范围时，装置允许光敏电阻的响应时间越来越小，以至于最后光敏电阻都不能产生响应，但这个问题在小型的实验仪器中一般不存在，在小型的实验仪器中根据小球下落速率越来越快，布局光敏电阻时应使得阵列上密下疏。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本实用新型的保护范围之内。因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (2)

1.一种基于光电感应的新型LED运动轨迹描绘仪，其特征在于包括立方框架、平抛轨道、强光源、光敏电阻板、LED板和触发器；其中所述立方框架的后框架中心设置有强光源，所述平抛轨道设置在立方框架后部上横梁上；所述光敏电阻板和LED板设置在立方框架的前框架上，光敏电阻板面朝立方框架的后部，LED板面朝外部；所述光敏电阻板上均匀分布有光敏电阻，所述LED板上均匀分布有LED灯，每2个光敏电阻通过1个触发器与2个LED灯相连。

2.根据权利要求1所述的基于光电感应的新型LED运动轨迹描绘仪，其特征在于：所述平抛轨道上部设置有挡板。