CN206649783U - 一种用于力学实验的悬浮滑块及包含该滑块的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于力学实验的悬浮滑块及包含该滑块的实验装置，涉及实验器材领域，其包括滑块本体，滑块本体的左、右两侧对称设置有用于承受导轨对其作用力的受力部，导轨对滑块本体的作用力使得滑块本体处于悬浮状态，滑块本体上设有处理器、发光部件、光电传感器、透镜组件、无线通信模块以及用于给各电子部件供电的蓄电池，发光部件发出的光线射到导轨表面产生反射，导轨表面反射的光线经透镜组件传输至光电传感器形成图像，无线通信模块用于与外设终端设备进行无线连接。本实用新型可利用光电传感原理获取滑块运动过程的位移图像，从而高效、准确地完成测试实验，并且实验装置的整体结构较现有技术也更简洁。

Description

一种用于力学实验的悬浮滑块及包含该滑块的实验装置

技术领域

本实用新型涉及实验器材领域，尤其指一种用于力学实验的悬浮滑块本体及包含该滑块本体的实验装置。

背景技术

物理实验中常用到气垫导轨来进行一些力学相关的实验，但气垫导轨需要具备持续稳定的气源，气源在喷气的过程中容易受到外界气流干扰而导致实验出现较大的误差，并且设置在导轨上的喷气孔存在被堵塞的可能，通过磁悬浮导轨进行力学实验能很好的弥补气垫导轨的不足。在进行加速度测试类的实验时，通常需要在导轨一侧设置两个或两个以上的光电门，使滑块本体以一定的速度在导轨上运动，记录滑块本体经过光电门的速度从而计算速度差值，最后再得出加速度的大小，该方式不仅操作起来麻烦，而且其实依靠间隔设置的多个光电门对滑块位移进行记录标定，记录的是一个个间隔的点值，不具连续性，不能连贯、真实地反应运动过程，得到的实验结果误差较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种用于力学实验的悬浮滑块及包含该滑块本体的实验装置，上述悬浮滑块可利用光电传感原理获取整个运动过程的位移图像，从连贯的位移图像中分析得出位移数据，从而连贯、真实地反应出运动过程，使得其得到的位移轨迹非常精准；上述实验装置在实际教学应用时，学生能够高效、准确地完成实验，实验装置的整体结构较现有技术也更简洁。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种用于力学实验的悬浮滑块，包括滑块本体，所述滑块本体的左、右两侧对称设置有用于承受导轨对其作用力的受力部，所述导轨对所述滑块本体的作用力使得滑块本体处于悬浮状态，所述滑块本体上设有处理器、发光部件、光电传感器、透镜组件、无线通信模块以及用于给各电子部件供电的蓄电池，所述发光部件发出的光线射到导轨表面产生反射，所述导轨表面反射的光线经透镜组件传输至光电传感器形成图像，所述无线通信模块用于与外设终端设备进行无线连接，当所述滑块本体在导轨上方移动时，所述光电传感器记录一组连贯图像并发送给处理器，所述处理器对图像进行分析处理得到滑块的位移数据，所述无线通信模块将位移数据发送给外设终端。

进一步地，所述受力部包括两个对称设置在滑块本体左、右两侧的倾斜面以及镶嵌在所述倾斜面上的磁铁。

一种实验装置，包括上述方案所提供的悬浮滑块以及横截面呈梯形的导轨本体，所述悬浮滑块中发光部件发出的光线射到导轨本体的顶部平面上，所述导轨本体左右两侧斜面上安装有条形磁块，所述条形磁块可对滑块本体受力部的磁铁产生排斥力从而使滑块本体处于悬浮状态，所述导轨本体底部安装有高度可调的支撑腿。

进一步地，所述导轨本体设有内腔，所述导轨本体的两端安装有用于封住内腔的透明的观察板，所述观察板的中部水平设置有检测线，所述导轨本体两端观察板上的检测线位于同一水平面上，所述内腔中盛有有色液体，所述有色液体的液面在导轨本体处于水平状态时与所述检测线齐平。

更进一步地，所述支撑腿包括底座、旋扭部以及升降柱，所述底座的顶端开设有容置腔，所述容置腔的内壁上设有环形的限位凸缘，所述旋扭部呈圆柱状且其侧周面上设有一圈环形凹槽，所述旋扭部的底部插入容置腔并可在容置腔中转动，所述限位凸缘卡设于环形凹槽内从而限制旋扭部在竖直方向上运动，所述旋扭部的顶部开设有螺纹槽，所述升降柱呈圆柱状且其侧周面设有螺纹，所述升降柱与螺纹槽螺纹连接，所述升降柱的顶端与导轨本体的底部连接，转动所述旋扭部，所述升降柱在螺纹槽中上升或下降从而调整导轨本体的平衡。

更进一步地，所述旋扭部的侧周面上还设有防滑纹。

更进一步地，所述底座的底部设有一层橡胶垫。

更进一步地，所述导轨本体的斜面上开设有用于放置条形磁块的条形凹槽，所述条形凹槽的一端延伸至导轨本体斜面的一端且该端呈敞开式，所述条形凹槽的另一端封闭，所述条形凹槽两端的顶面均被一段导轨本体的斜面覆盖，将所述条形磁块从条形凹槽的敞开端插入，直至抵靠住条形凹槽的封闭端并被条形凹槽两端顶面的导轨本体斜面限制住，从而可防止条形磁块从条形凹槽中向外翻出。

更进一步地，所述条形磁块的长度小于所述条形凹槽的长度，所述条形凹槽的敞开端设有限位螺栓，所述限位螺栓杆部的底端从导轨本体的底端穿入并在导轨本体的斜面内向上穿出至条形凹槽中，一螺帽从所述限位螺栓杆部的底端套入并将限位螺栓固定住，位于所述条形凹槽中的一段限位螺栓的杆部可防止条形磁块从条形凹槽的敞开端滑出。

优选地，所述观察板为玻璃板或透明的塑料板。

本实用新型的有益效果在于：进行实验时，滑块本体在导轨本体上移动，发光部件发出的光线射到导轨本体表面并反射回来后经透镜组件传输至光电传感器形成图像，光电传感器记录一组连贯图像并发送给处理器，处理器对图像进行分析处理得到滑块的位移数据，最后无线通信模块将位移数据发送给外设终端，用该方式进行力学实验准确、高效，可获取整个运动过程的位移图像，从连贯的位移图像中分析得出位移数据，从而连贯、真实地反应出运动过程，使得其得到的位移轨迹非常精准，同时实验装置的整体结构较现有技术也更简洁。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中滑块本体的剖面结构示意图；

图3为本图1中A处放大结构示意图；

图4为本实用新型实施例中支撑腿的结构示意图。

附图标记为：

1——滑块本体 1a——发光部件 1b——光电传感器

1c——透镜组件 1d——磁铁 2——导轨本体

2a——观察板 2b——检测线 2c——有色液体

3——条形磁块 3a——条形凹槽 3b——限位螺栓

3c——螺帽 4——支撑腿 4a——底座

4a1——容置腔 4a2——限位凸缘 4a3——橡胶垫

4b——旋扭部 4b1——环形凹槽 4b2——螺纹槽

4c——升降柱。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“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和简化描述，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

如图1及图4所示，一种用于力学实验的悬浮滑块，包括滑块本体1，所述滑块本体1的左、右两侧对称设置有用于承受导轨对其作用力的受力部，所述导轨对所述滑块本体1的作用力使得滑块本体1处于悬浮状态，所述滑块本体1上设有处理器、发光部件1a、光电传感器1b、透镜组件1c、无线通信模块以及用于给各电子部件供电的蓄电池，所述发光部件1a发出的光线射到导轨表面产生反射，所述导轨表面反射的光线经透镜组件1c传输至光电传感器1b形成图像，所述无线通信模块用于与外设终端设备进行无线连接，当所述滑块本体1在导轨上方移动时，所述光电传感器1b记录一组连贯图像并发送给处理器，所述处理器对图像进行分析处理得到滑块的位移数据，所述无线通信模块将位移数据发送给外设终端。

上述实施方式提供的用于力学实验的悬浮滑块，在进行实验时，滑块本体1在导轨本体上移动，发光部件1a发出的光线射到导轨本体表面并反射回来后经透镜组件1c传输至光电传感器1b形成图像，光电传感器1b记录一组连贯图像并发送给处理器，处理器对图像进行分析处理得到滑块的位移数据，最后无线通信模块将位移数据发送给外设终端，用该方式进行力学实验准确、高效，可获取整个运动过程的位移图像，从连贯的位移图像中分析得出位移数据，从而连贯、真实地反应出运动过程，使得其得到的位移轨迹非常精准，同时实验装置的整体结构较现有技术也更简洁；不仅如此，还可在移动手机、平板电脑、手提电脑等外设终端上开发软件程序，使这些外设终端通过无线通信模块与处理器通信连接，这样便可直接在该软件程序上对该实验进行操作，将实验中测得的位移图像显示在该软件程序上，进一步地，还可为该软件程序设置登录端口，使不同的使用者可用不同的用户登录进行实验。

进一步，受力部包括两个对称设置在滑块本体1左、右两侧的倾斜面以及镶嵌在所述倾斜面上的磁铁，使得该滑块能使用在磁悬浮导轨上。

如图1-4所示，一种实验装置，包括上述实施例中提供的滑块本体1以及横截面呈梯形的导轨本体2，所述悬浮滑块中发光部件1a发出的光线射到导轨本体2的顶部平面上，所述导轨本体2左右两侧斜面上安装有条形磁块3，所述条形磁块3可对滑块本体1受力部的磁铁产生排斥力从而使滑块本体1处于悬浮状态，所述导轨本体2底部安装有高度可调的支撑腿4。

上述实施方式提供的实验装置，利用磁悬浮效果进行力学实验，使实验装置无需具备持续稳定的气源，可以避免使用气垫导轨进行实验带来的不足。

进一步，导轨本体2还设有内腔，在导轨本体2的两端安装有用于封住内腔的透明的观察板2a，观察板2a的中部水平设置有检测线2b，并且导轨本体2两端观察板2a上的检测线2b位于同一水平面上，内腔中盛有有色液体2c，有色液体2c的液面在导轨本体2处于水平状态时与所述检测线2b齐平，在进行实验之前，可通过观察内腔中的有色液体2c的液面位置来判断导轨是否达到水平状态，若从导轨本体2两端的观察板2a观察到有色液体2c的液面均与检测线2b齐平，则可确定导轨已保持水平，若有色液体2c的液面未与检测线2b齐平，则可通过调整支撑腿4来使二者达到齐平的状态，整个调整过程既方便又节省时间。

进一步，如图4所示，支撑腿4包括底座4a、旋扭部4b以及升降柱4c，底座4a的顶端开设有容置腔4a1，容置腔4a1的内壁上设有环形的限位凸缘4a2，旋扭部4b呈圆柱状且其侧周面上设有一圈环形凹槽4b1，旋扭部4b的底部插入容置腔4a1并可在容置腔4a1中转动，限位凸缘4a2卡设于环形凹槽4b1内从而限制旋扭部4b在竖直方向上运动，旋扭部4b的顶部开设有螺纹槽4b2，升降柱4c呈圆柱状且其侧周面设有螺纹，将升降柱4c与螺纹槽4b2螺纹连接，并将升降柱4c的顶端与导轨本体2的底部连接，这样当转动旋扭部4b时，升降柱4c在螺纹槽4b2中上升或下降从而调整导轨本体2平衡状态的目的。

再进一步，还可以在旋扭部4b的侧周面上还设有防滑纹（附图中未示出），便于操作者调整支撑腿4的高度。

再进一步，还可以在底座4a的底部设置一层橡胶垫4a3，这样当转动旋扭部4b时，底座4a与桌面之间由于摩擦较大故能保持较好的稳定性。

再进一步，可以在导轨本体2的斜面上开设用于放置条形磁块3的条形凹槽3a，条形凹槽3a的一端延伸至导轨本体2斜面的一端且该端呈敞开式，条形凹槽3a的另一端封闭，所述条形凹槽3a两端的顶面均被一段导轨本体2的斜面覆盖，将条形磁块3从条形凹槽3a的敞开端插入，直至抵靠住条形凹槽3a的封闭端并被条形凹槽3a两端顶面的导轨本体2斜面限制住，从而可防止条形磁块3从条形凹槽3a中向外翻出，其装入过程也非常轻松。

再进一步，如图3所示，可使条形磁块3的长度小于条形凹槽3a的长度，在条形凹槽3a的敞开端设置限位螺栓3b，限位螺栓3b杆部的底端从导轨本体2的底端穿入并在导轨本体2的斜面内向上穿出至条形凹槽3a中，一螺帽3c从限位螺栓3b杆部的底端套入并将限位螺栓3b固定住，从而使得该磁悬浮导轨在需要搬动的情况下，位于条形凹槽3a中的一段限位螺栓3b的杆部可防止条形磁块3从条形凹槽3a的敞开端滑出。

作为优选地，观察板2a为玻璃板或透明的塑料板，成本低，透视效果好。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本实用新型相对于现有技术的改进之处，本实用新型的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本实用新型的内容。

Claims (10)

1.一种用于力学实验的悬浮滑块，包括滑块本体（1），其特征在于：所述滑块本体（1）的左、右两侧对称设置有用于承受导轨对其作用力的受力部，所述导轨对所述滑块本体（1）的作用力使得滑块本体（1）处于悬浮状态，所述滑块本体（1）上设有处理器、发光部件（1a）、光电传感器（1b）、透镜组件（1c）、无线通信模块以及用于给各电子部件供电的蓄电池，所述发光部件（1a）发出的光线射到导轨表面产生反射，所述导轨表面反射的光线经透镜组件（1c）传输至光电传感器（1b）形成图像，所述无线通信模块用于与外设终端设备进行无线连接，当所述滑块本体（1）在导轨上方移动时，所述光电传感器（1b）记录一组连贯图像并发送给处理器，所述处理器对图像进行分析处理得到滑块的位移数据，所述无线通信模块将位移数据发送给外设终端。

2.根据权利要求1所述的用于力学实验的悬浮滑块，其特征在于：所述受力部包括两个对称设置在滑块本体（1）左、右两侧的倾斜面以及镶嵌在所述倾斜面上的磁铁（1d）。

3.一种实验装置，其特征在于：包括权利要求2所述的悬浮滑块以及横截面呈梯形的导轨本体（2），所述悬浮滑块中发光部件（1a）发出的光线射到导轨本体（2）的顶部平面上，所述导轨本体（2）左右两侧斜面上安装有条形磁块（3），所述条形磁块（3）可对滑块本体（1）受力部的磁铁产生排斥力从而使滑块本体（1）处于悬浮状态，所述导轨本体（2）底部安装有高度可调的支撑腿（4）。

4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于：所述导轨本体（2）设有内腔，所述导轨本体（2）的两端安装有用于封住内腔的透明的观察板（2a），所述观察板（2a）的中部水平设置有检测线（2b），所述导轨本体（2）两端观察板（2a）上的检测线（2b）位于同一水平面上，所述内腔中盛有有色液体（2c），所述有色液体（2c）的液面在导轨本体（2）处于水平状态时与所述检测线（2b）齐平。

5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于：所述支撑腿（4）包括底座（4a）、旋扭部（4b）以及升降柱（4c），所述底座（4a）的顶端开设有容置腔（4a1），所述容置腔（4a1）的内壁上设有环形的限位凸缘（4a2），所述旋扭部（4b）呈圆柱状且其侧周面上设有一圈环形凹槽（4b1），所述旋扭部（4b）的底部插入容置腔（4a1）并可在容置腔（4a1）中转动，所述限位凸缘（4a2）卡设于环形凹槽（4b1）内从而限制旋扭部（4b）在竖直方向上运动，所述旋扭部（4b）的顶部开设有螺纹槽（4b2），所述升降柱（4c）呈圆柱状且其侧周面设有螺纹，所述升降柱（4c）与螺纹槽（4b2）螺纹连接，所述升降柱（4c）的顶端与导轨本体（2）的底部连接，转动所述旋扭部（4b），所述升降柱（4c）在螺纹槽（4b2）中上升或下降从而调整导轨本体（2）的平衡。

6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于：所述旋扭部（4b）的侧周面上还设有防滑纹。

7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于：所述底座（4a）的底部设有一层橡胶垫（4a3）。

8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于：所述导轨本体（2）的斜面上开设有用于放置条形磁块（3）的条形凹槽（3a），所述条形凹槽（3a）的一端延伸至导轨本体（2）斜面的一端且该端呈敞开式，所述条形凹槽（3a）的另一端封闭，所述条形凹槽（3a）两端的顶面均被一段导轨本体（2）的斜面覆盖，将所述条形磁块（3）从条形凹槽（3a）的敞开端插入，直至抵靠住条形凹槽（3a）的封闭端并被条形凹槽（3a）两端顶面的导轨本体（2）斜面限制住，从而可防止条形磁块（3）从条形凹槽（3a）中向外翻出。

9.根据权利要求8所述的实验装置，其特征在于：所述条形磁块（3）的长度小于所述条形凹槽（3a）的长度，所述条形凹槽（3a）的敞开端设有限位螺栓（3b），所述限位螺栓（3b）杆部的底端从导轨本体（2）的底端穿入并在导轨本体（2）的斜面内向上穿出至条形凹槽（3a）中，一螺帽（3c）从所述限位螺栓（3b）杆部的底端套入并将限位螺栓（3b）固定住，位于所述条形凹槽（3a）中的一段限位螺栓（3b）的杆部可防止条形磁块（3）从条形凹槽（3a）的敞开端滑出。

10.根据权利要求9所述的实验装置，其特征在于：所述观察板（2a）为玻璃板或透明的塑料板。