CN208589182U - 一种物理教学用斜抛运动演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学实验仪器，尤其涉及一种物理教学用斜抛运动演示仪，包括底座、设置在底座上的抛出装置、设置在底座上的速度检测装置以及驱动抛出装置水平运动的驱动装置；底座的下表面设有水平调节件，底座上表面的一端设有水平球；底座的上表面还设有导轨，抛出装置与导轨滑动连接，速度检测装置用于检测抛出装置的运动速度。本实用新型通过水平方向的运动和竖直方向的运动合成模拟斜抛运动，直观的表现斜抛运动在水平方向和竖直方向的分解情况；通过水平方向的加速、匀速或减速的对比试验直观地表现斜抛运动中，抛出后的物体在水平方向的运动受力情况，通过对比不同的抛出初速度，观察抛出后的物体的运动与初速度的关系，教学演示效果好。

Description

一种物理教学用斜抛运动演示仪

技术领域

本实用新型涉及教学实验仪器，尤其涉及一种物理教学用斜抛运动演示仪。

背景技术

“斜抛运动”是高中物理课程中对抛体运动的进一步延续和拓展，由于斜抛运动形式的复杂性，决定了其学习内容成为高中物理学习的难点之一。在高中物理研究斜上抛运动的课堂教学中，斜上抛物体的竖直方向和水平方向的运动情况较为复杂，但又是斜抛运动中的重点内容，历来都是教师和学生普遍感到困惑的问题。因为教师缺少实验仪器，学生缺乏生活经历，许多教师只好在课堂上通过理论分析或模拟实验，讨论斜抛运动的竖直方向和水平方向的运动情况。缺少完善的实验装置和科学的理论数据的支撑，加上生活经验的匮乏，学生对斜上抛运动形式体验不够，理解不深，挫伤了学生学习的兴趣和探究欲望。因此，创新并完善斜上抛运动演示器的功能，无论对于涉及到的教学内容中难点的突破，还是激发学生的学习兴趣乃至科学素养的培养以及科学精神的形成，均具有现实而积极的意义。

目前，教学中常用的斜抛运动演示仪有两种，一种如图1所示，该斜抛运动演示仪是通过水泵将水从喷射口以不同夹角射出水流，从而观察到水流做斜抛运动的轨迹；另一种如图 2所示，该斜抛运动演示仪是通过轨道，使小球从轨道抛出，通过调节抛出点的夹角来达到不同的斜抛运动效果。第一种和第二种装置共同存在的问题是：只能简单的让学生观察斜抛运动的运动轨迹图像，无法探究斜抛运动的水平方向运动和竖直方向运动的速度、加速度等重要的物理特性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种能够使学生准确直观地理解斜抛物体在抛出后，物体在水平方向和竖直方向上的运动状态的一种斜抛运动演示仪。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种物理教学用斜抛运动演示仪，包括底座、设置在底座上的抛出装置、设置在底座上的速度检测装置以及驱动抛出装置水平运动的驱动装置。

底座的下表面设有水平调节件，底座的上表面的一端设有水平球；底座的上表面还设有导轨，导轨沿底座的长度方向设置；抛出装置与导轨滑动连接，使得抛出装置能够沿着底座的长度方向做水平运动；速度检测装置用于检测抛出装置的运动速度；驱动装置包括位于底座的远离水平球的一端的减速电机、与减速电机的输出轴固定连接的绕线轴和一端绕设于绕线轴上的细线；细线的另一端与抛出装置连接。

抛出装置包括与导轨滑动连接的小车、设置于小车上表面的电磁铁、位于电磁铁上方的漏斗形竖直管、收容于漏斗形竖直管内的弹性件、位于弹性件上方的电磁铁芯以及位于电磁铁芯上方的抛出物。

弹性件为压缩弹簧，且弹性件的恢复力大于抛出物的重力；电磁铁通电时，弹性件处于压缩状态；抛出物为实心小球；底座的上表面靠近减速电机的一端还设有同步控制器；同步控制器与减速电机电连接，同步控制器通过控制流入减速电机的电流来控制减速电机的转速。

速度检测装置包括设置在导轨的一侧的第一光电门和第二光电门；底座的上表面位于导轨的一侧设有滑轨，第一光电门和第二光电门与滑轨滑动连接，使得第一光电门与第二光电门之间的距离可调。

第一光电门和第二光电门的远离导轨的一侧设有固定件，固定件包括固定螺栓和固定板；固定件用于将第一光电门和第二光电门固定在底座上；第一光电门和第二光电门上均设有发光部和收光部；小车的上表面还设有挡光片；发光部和收光部之间留有供挡光片通过的间隙，挡光片能够挡住发光部发出的光。

挡光片的长度为第一光电门或第二光电门的宽度的-倍；第一光电门和第二光电门通过检测挡光片通过的时间检测抛出装置的运动速度。

底座的上表面的远离水平球的一端设有支撑件，减速电机固定设置在支撑件上，支撑件上设有供细线穿过的通孔，支撑件的一侧设有速度显示仪和控制按钮；速度显示仪与第一光电门和第二光电门电连接，使得速度显示仪能同时显示第一光电门和第二光电门检测到的抛出装置的运动速度；控制按钮包括第一控制按钮和第二控制按钮；第一控制按钮与减速电机电连接，并控制减速电机的启动与停止；第二控制按钮与电磁铁电连接，并控制电磁铁的通电与断电。

与现有技术相比，本实用新型取得的有益效果为：本实用新型通过水平方向的运动和竖直方向的运动合成模拟斜抛运动，使得学生能够直观的理解斜抛运动在水平方向和竖直方向的分解情况；本实用新型可通过水平方向的加速、匀速或减速的对比试验使学生能够直观地理解斜抛运动中，物体在抛出后在水平方向的运动情况，通过对比不同的抛出初速度，观察抛出后的物体的运动与初速度的关系；通过在静止时将小球抛出，使得学生能清楚的认识斜抛运动在竖直方向的运动情况，教学演示效果好。

附图说明

图1是现有技术中的一种斜抛运动演示仪的整体结构示意图；

图2是现有技术中的另一种斜抛运动演示仪的整体结构示意图；

图3是本实用新型的物理教学用斜抛运动演示仪的整体结构示意图；

图4是本实用新型的物理教学用斜抛运动演示仪图3的爆炸结构示意图；

图5是本实用新型的物理教学用斜抛运动演示仪的系统控制图；

图中：10-底座、11-水平调节件、12-水平球、13-导轨、14-滑轨、15-支撑件、151-通孔、152-速度显示仪、153-第一控制按钮、154-第二控制按钮、16-同步控制器、20-抛出装置、21-小车、22-电磁铁、23-漏斗形竖直管、24-弹性件、25-电磁铁芯、26-抛出物、27- 挡光片、30-速度检测装置、31-第一光电门、32-第二光电门、33-固定件、331-固定螺栓、 332-固定板、34-发光部、35-收光部、40-驱动装置、41-减速电机、42-绕线轴、43-细线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。

实施例

参见本实用新型说明书附图3至图5，本实用新型的实施例提供了一种物理教学用斜抛运动演示仪，包括底座10、设置在底座10上的抛出装置20、设置在底座10上的速度检测装置30以及驱动抛出装置20水平运动的驱动装置40；底座10的下表面设有水平调节件11，底座10的上表面的一端设有水平球12；底座10的上表面还设有导轨13，导轨13沿底座10 的长度方向设置；抛出装置20与导轨13滑动连接，使得抛出装置20能够沿着底座13的长度方向做水平运动；速度检测装置30用于检测抛出装置20的运动速度；驱动装置40包括位于底座10的远离水平球12的一端的减速电机41、与减速电机41的输出轴固定连接的绕线轴42和一端绕设于绕线轴上的细线43；细线43的另一端与抛出装置20连接。

在本实施例中，通过水平调节件11调节底座10的水平，并通过水平球12观察，能够保证底座10始终处于水平状态，进而保证抛出装置20的运动方向是在水平方向上，提高了学生在观察斜抛运动时，对水平方向运动状态的直观感受。

抛出装置20包括与导轨13滑动连接的小车21、设置于小车21上表面的电磁铁22、位于电磁铁22上方的漏斗形竖直管23、收容于漏斗形竖直管23内的弹性件24、位于弹性件24上方的电磁铁芯25以及位于电磁铁芯25上方的抛出物26；弹性件24为压缩弹簧，且弹性件24的恢复力大于抛出物26的重力；电磁铁22通电时，弹性件24处于压缩状态；抛出物26为的实心小球；底座10的上表面靠近减速电机41的一端还设有同步控制器16；同步控制器16与减速电机41电连接，同步控制器16通过控制流入减速电机41的电流来控制减速电机41的转速。

也就是说，在本实施例中，可以通过控制减速电机41的不同转速，使得抛出装置20具有不同的水平运动速度，即可以通过一组不同初速度的抛出物26抛出后运动距离的对比试验验证斜抛运动中的水平运动状态。

小车21的上表面还设有挡光片27。

速度检测装置30包括设置在导轨13的一侧的第一光电门31和第二光电门32；底座10 的上表面位于导轨13的一侧设有滑轨14，第一光电门31和第二光电门32与滑轨14滑动连接，使得第一光电门31与第二光电门32之间的距离可调；第一光电门31和第二光电门32的远离导轨14的一侧设有固定件33，固定件33包括固定螺栓331和固定板332；固定件33 用于将第一光电门31和第二光电门32固定在底座10上；第一光电门31和第二光电门32上均设有发光部34和收光部35；发光部34和收光部35之间留有供挡光片27通过的间隙，挡光片27能够挡住发光部34发出的光。

也就是说，在本实施例中是通过第一光电门31和第二光电门32上设有的发光部34发出的光被挡光片27挡住来计算出抛出装置20的移动速度的，通过光电门来检测速度的方式在现有技术中已经得到应用，本实施例中不再累述。

值得说明的是，本实施例采用第一光电门31和第二光电门32来共同检测抛出装置20的移动速度，能够有效判断出抛出装置20是处于加速、减速或是匀速运动状态，从而能够使得在演示过程中，学生能够更为直观地理解斜抛运动中，抛出物26被抛出后在水平方向的运动状态。即抛出装置20处于匀速运动状态时，抛出物26能够回到漏斗形竖直管23中。

挡光片27的长度为第一光电门31或第二光电门32的宽度的3-6倍；第一光电门31和第二光电门32通过检测挡光片27通过的时间检测抛出装置的运动速度。

底座10的上表面远离水平球12的一端还设有支撑件15，减速电机41固定设置在支撑件15上，支撑件15上设有供细43线穿过的通孔151，支撑件15的一侧设有速度显示仪152和控制按钮；速度显示仪152与第一光电门31和第二光电门32电连接，速度显示仪152能同时显示第一光电门31和第二光电门32检测到的抛出装置20的运动速度；控制按钮包括第一控制按钮153和第二控制按钮154；第一控制按钮153与减速电机41连接，并控制减速电机的启动与停止；第二控制按钮154与电磁铁22电连接，并控制电磁铁22的通电与断电。

本实用新型物理教学用斜抛运动演示仪在使用时，首先将电磁铁22通电，弹性件24处于压缩状态；通过第一控制按钮153控制减速电机41启动，减速电机41带动抛出装置20运动，本实用新型可以做至少三组对比试验，即第一组为抛出装置20在加速状态时，通过第二控制按钮154使得电磁铁22断电，弹性件24将抛出物26抛出，此时，抛出物26回落于抛出装置20的后方；第二组为抛出装置20在匀速状态时将抛出物26抛出，此时，抛出物26 回落于漏斗形竖直管23内；第三组为抛出装置20为减速状态时，抛出物26回落于抛出装置 20的前方。通过至少三组对比试验使学生清楚直观地认识到斜抛运动在水平方向的运动状态。

值得说明的是，本实用新型还可以在抛出装置20静止时将抛出物26抛出，学生通过观察在抛出装置20没有水平方向的运动速度时，抛出物26仅有在竖直方向上的运动，能够更进一步理解斜抛运动是有竖直和水平方向两个运动的合成运动；当然，本实用新型采用同步控制器27控制减速电机41的转速，还能够增加另一组对比试验，即在减速电机41的不同转速情况下，抛出装置20具有不同的水平运动速度，在不同的水平速度下抛出抛出物26，学生通过观察抛出物26在水平方向运动距离的远近，直观感受斜抛物体抛出后，水平方向运动与初速度的关系，提高学生对斜抛运动的认识度。

Claims (5)

1.一种物理教学用斜抛运动演示仪，其特征在于，包括底座(10)、设置在底座(10)上的抛出装置(20)、设置在底座(10)上的速度检测装置(30)以及驱动抛出装置(20)水平运动的驱动装置(40)；

底座(10)的下表面设有水平调节件(11)，底座(10)的上表面的一端设有水平球(12)；底座(10)的上表面还设有导轨(13)，导轨(13)沿底座(10)的长度方向设置；抛出装置(20)与导轨(13)滑动连接，使得抛出装置(20)能够沿着底座(10)的长度方向做水平运动；速度检测装置(30)用于检测抛出装置(20)的运动速度；驱动装置(40)包括位于底座(10)的远离水平球(12)的一端的减速电机(41)、与减速电机(41)的输出轴固定连接的绕线轴(42)和一端绕设于绕线轴(42)上的细线(43)；细线(43)的另一端与抛出装置(20)连接。

2.根据权利要求1所述的一种物理教学用斜抛运动演示仪，其特征在于，抛出装置(20)包括与导轨(13)滑动连接的小车(21)、设置于小车(21)上表面的电磁铁(22)、位于电磁铁(22)上方的漏斗形竖直管(23)、收容于漏斗形竖直管(23)内的弹性件(24)、位于弹性件(24)上方的电磁铁芯(25)以及位于电磁铁芯(25)上方的抛出物(26)；

弹性件(24)为压缩弹簧，且弹性件(24)的恢复力大于抛出物(26)的重力；电磁铁(22)通电时，弹性件(24)处于压缩状态；抛出物(26)为实心小球；底座(10)的上表面靠近减速电机(41)的一端还设有同步控制器(16)；同步控制器(16)与减速电机(41)电连接，同步控制器(16)通过控制流入减速电机(41)的电流来控制减速电机(41)的转速。

3.根据权利要求2所述的一种物理教学用斜抛运动演示仪，其特征在于，速度检测装置(30)包括设置在导轨(13)的一侧的第一光电门(31)和第二光电门(32)；底座(10)的上表面位于导轨(13)的一侧设有滑轨(14)，第一光电门(31)和第二光电门(32)与滑轨(14)滑动连接，使得第一光电门(31)与第二光电门(32)之间的距离可调；

第一光电门(31)和第二光电门(32)的远离导轨(13)的一侧设有固定件(33)，固定件(33)包括固定螺栓(331)和固定板(332)；固定件(33)用于将第一光电门(31)和第二光电门(32)固定在底座(10)上；第一光电门(31)和第二光电门(32)上均设有发光部(34)和收光部(35)；小车(21)的上表面还设有挡光片(27)；发光部(34)和收光部(35)之间留有供挡光片(27)通过的间隙，挡光片(27)能够挡住发光部(34)发出的光。

4.根据权利要求3所述的一种物理教学用斜抛运动演示仪，其特征在于，挡光片(27)的长度为第一光电门(31)或第二光电门(32)的宽度的3-6倍；第一光电门(31)和第二光电门(32)通过检测挡光片(27)通过的时间检测抛出装置(20)的运动速度。

5.根据权利要求4所述的一种物理教学用斜抛运动演示仪，其特征在于，底座(10)的上表面的远离水平球(12)的一端设有支撑件(15)，减速电机(41)固定设置在支撑件(15)上，支撑件(15)上设有供细线(43)穿过的通孔(151)，支撑件(15)的一侧设有速度显示仪(152)和控制按钮；速度显示仪(152)与第一光电门(31)和第二光电门(32)电连接，使得速度显示仪(152)能同时显示第一光电门(31)和第二光电门(32)检测到的抛出装置(20)的运动速度；控制按钮包括第一控制按钮(153)和第二控制按钮(154)；第一控制按钮(153)与减速电机(41)电连接，并控制减速电机(41)的启动与停止；第二控制按钮(154)与电磁铁(22)电连接，并控制电磁铁(22)的通电与断电。