CN205302769U - 一种牛顿第二定律智能验证仪 - Google Patents

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周子力
王艳娜
李雪玉
李金丽
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Abstract

本实用新型涉及一种牛顿第二定律智能验证仪，包括底座、力学导轨、运动小车，还包括间隔设置于力学导轨上的两个光电门传感器、单片机控制器、触摸式显示屏、用于调节力学导轨倾斜角度的步进电机，两个光电门传感器分别连接于单片机控制器的输入端，触摸式显示屏连接于单片机控制器的输出端，步进电机连接于单片机控制器的输出端；所述步进电机固定于底座上，所述步进电机通过联轴器连接有竖直分布的丝杠，所述丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，所述力学导轨顶端两侧通过绳索悬吊于丝杠螺母上。本实用新型操作简便、实验精度高、避免人为因素带来的系统误差、能够进行图形展示。

Description

一种牛顿第二定律智能验证仪
技术领域
本实用新型涉及一种牛顿第二定律智能验证仪。
背景技术
牛顿第二定律是中学和大学常做的经典力学实验项目，传统用于演示该实验项目的装置有两种，一是“砝码小车”，二是“气垫导轨”。
早期传统的“砝码小车”实验，装置简单、操作简便、造价低，但把所挂重物的重力mg当作小车所受拉力来处理，不可避免地带来了系统误差。在实际的学生实验中，存在系统误差与偶然误差的双重影响，实验效果和可信度将大打折扣。
“气垫导轨”探究牛顿第二定律，采用电脑计数器(数字毫秒计)与气垫导轨配合使用，使时间的测量精度大大提高(可以精确到0.01ms)，并且可以直接显示出速度和加速度大小。气垫装置虽然不需要对斜面角度进行调整且减少了摩擦带来的系统误差，使阻力大大减小，实验测量值接近于理论值，但是，气垫导轨的成本高且笨重，气源噪声较大，而数字计时仪价格较为昂贵不易被广泛采纳。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种操作简便、实验精度高、避免人为因素带来的系统误差、能够进行图形展示的牛顿第二定律智能验证仪。
为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：一种牛顿第二定律智能验证仪，包括底座、倾斜设置于底座上的力学导轨、置于力学导轨上的运动小车，所述力学导轨底端铰接于底座上，还包括间隔设置于力学导轨上的两个光电门传感器、单片机控制器、触摸式显示屏、用于调节力学导轨倾斜角度的步进电机，两个光电门传感器分别连接于单片机控制器的输入端，触摸式显示屏连接于单片机控制器的输出端，步进电机连接于单片机控制器的输出端；所述步进电机固定于底座上，所述步进电机通过联轴器连接有竖直分布的丝杠，所述丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，所述力学导轨顶端两侧通过绳索悬吊于丝杠螺母上。
在上述方案基础上优先，所述运动小车侧面上设有一标记板。
在上述方案基础上优先，还包括有固定架，所述丝杠通过轴承固定座连接于固定架上，所述丝杠转动连接于轴承固定座。
在上述方案基础上优先，所述触摸式显示屏采用TFT显示屏。
本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：本实用新型提供的智能验证仪，其采用光电门传感器测量时间，并将数据传递给单片机控制器，经单片机控制器进行数据的处理和分析，精确、快速地计算出运动小车在运动过程中的相关物理量(如加速度、速度等)，之后用于在触摸式显示屏上进行图形化展示。实验具有形象、直观、准确、自动化、智能化的优点，成本低；避免了学生因实验过程中人为因素的影响使得实验数据、作图等的不准确而影响了牛顿第二定律的验证，同时也可节约大量的实验时间，有利学生更多的思考。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型单片机控制器工作原理示意图。
图中标号为：1-力学导轨，2-运动小车，3-光电门传感器，4-单片机控制器，5-触摸式显示屏，6-步进电机，7-联轴器，8-丝杠，9-丝杠螺母，10-绳索，11-标记板，12-固定架，13-轴承固定座，14-底座。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
参照图1和图2可知，一种牛顿第二定律智能验证仪，包括底座14、力学导轨1、运动小车2，所述力学导轨1底端铰接于底座14上，还包括间隔设置于力学导轨2上的两个光电门传感器3、单片机控制器4、触摸式显示屏5、用于调节力学导轨1倾斜角度的步进电机6，本处触摸式显示屏采用TFT显示屏；两个光电门传感器3分别连接于单片机控制器4的输入端，触摸式显示屏5连接于单片机控制器4的输出端。其中，步进电机及单片机控制器均有电源进行供电。
本实用新型提供的智能验证仪，其采用光电门传感器3测量时间，并将数据传递给单片机控制器4，经单片机控制器4进行数据的处理和分析，精确、快速地计算出运动小车在运动过程中的相关物理量(如加速度、速度等)，之后用于在触摸式显示屏5上进行图形化展示。实验具有形象、直观、准确、自动化、智能化的优点，成本低；避免了学生因实验过程中人为因素的影响使得实验数据、作图等的不准确而影响了牛顿第二定律的验证，同时也可节约大量的实验时间，有利学生更多的思考。
所述步进电机6通过联轴器7连接有竖直分布的丝杠8，所述丝杠8上螺纹连接有丝杠螺母9，所述力学导轨1顶端两侧通过绳索10悬吊于丝杠螺母9上，还包括有固定架12，所述丝杠8通过轴承固定座13连接于固定架12上，所述丝杠8转动连接于轴承固定座13；所述步进电机6连接于单片机控制器4的输出端。其中，采用步进电机6进行调整力学导轨的高度以达到平衡点，避免了人为因素带来的系统误差，大大节约了实验时间。
更好的，所述运动小车2侧面上设有一标记板11，利用标记板11方便测得运动小车经过两个光电门传感器的时间。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种牛顿第二定律智能验证仪，包括底座、倾斜设置于底座上的力学导轨、置于力学导轨上的运动小车，所述力学导轨底端铰接于底座上，其特征在于：还包括间隔设置于力学导轨上的两个光电门传感器、单片机控制器、触摸式显示屏、用于调节力学导轨倾斜角度的步进电机，两个光电门传感器分别连接于单片机控制器的输入端，触摸式显示屏连接于单片机控制器的输出端，步进电机连接于单片机控制器的输出端；所述步进电机固定于底座上，所述步进电机通过联轴器连接有竖直分布的丝杠，所述丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，所述力学导轨顶端两侧通过绳索悬吊于丝杠螺母上。
2.根据权利要求1所述的牛顿第二定律智能验证仪，其特征在于：所述运动小车侧面上设有一标记板。
3.根据权利要求1所述的牛顿第二定律智能验证仪，其特征在于：还包括有固定架，所述丝杠通过轴承固定座连接于固定架上，所述丝杠转动连接于轴承固定座。
4.根据权利要求1所述的牛顿第二定律智能验证仪，其特征在于：所述触摸式显示屏采用TFT显示屏。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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