CN208889136U - 一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，特征是：包括长木板、滑轮、小车、拉绳、牵引块、测力传感器、加速度传感器、主控制器和蓝牙模块，长木板放置在水平实验台上，其一端与水平实验台边缘对齐或伸出，滑轮固定在长木板靠近水平实验台边缘的一端，小车放置在长木板另一端；测力传感器固定在小车前端中间位置，拉绳一端固定在测力传感器上，其另一端绕过滑轮与牵引块连接；测力传感器、加速度传感器和蓝牙模块均分别与主控制器电联接。通过传感器可实时监测小车加速度和所受拉力两个物理量并将数据传递给主控制器，主控制器通过蓝牙模块可实时将数据传递给上位机并绘制出力与质量、加速度与质量的关系图像，使实验结果更加直观简洁。

Description

一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具

技术领域

本实用新型涉及物理实验教具技术领域，尤其涉及一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具。

背景技术

在物理中，很多物理公式枯燥乏昧，而且不便于记忆，学生在学习起来更是不感兴趣。教具作为一种模型，一种工具，可以很好的调起学生学习物理知识的兴趣。在物理学中，当讲到牛顿第二定律的验证实验时，现有的实验方式是利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动，采用控制变量法研究力、加速度、物体质量三者之间的关系。现有设备缺点是误差大，实验模型不好理解，市面上缺少一种方便、快捷、直观演示牛顿第二定律的教具。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种操作方便、计量准确、反映直观的用于验证牛顿第二定律的教具，以便提高学生学习物理知识的兴趣并帮助学生理解牛顿第二定律。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，包括长木板、滑轮、小车、拉绳、牵引块、测力传感器、加速度传感器、主控制器和蓝牙模块，所述长木板放置在水平实验台上，其一端与所述水平实验台边缘对齐或伸出，所述滑轮固定在所述长木板靠近水平实验台边缘的一端，所述小车放置在所述长木板的另一端；所述测力传感器固定在所述小车前端的中间位置，所述拉绳一端固定在所述测力传感器上，其另一端绕过所述滑轮与所述牵引块实现连接，所述牵引块悬于空中；所述加速度传感器、主控制器和所述蓝牙模块均固定在所述小车车体上，所述测力传感器、加速度传感器和蓝牙模块均分别与所述主控制器电联接，所述测力传感器用于间隔性测量所述小车的加速度并将结果传输给所述主控制器；所述加速度传感器用于间隔性测量所述小车所受到的拉力并将结果传输给单片机；所述蓝牙模块用于将所述主控制器收集到加速度与力的信息发送到上位机软件中。

优选地，所述长木板的上表面开设有与所述小车的滚轮相匹配的滑轨，所述小车放置在滑轨上。

优选地，所述滑轨为铝合金材质制成。

优选地，所述滑轮通过连接机构安装固定在所述长木板上，所述连接机构包括固定板和连接支架，所述固定板竖直固定在所述长木板靠近水平实验台边缘的一端，所述连接支架呈“H”型，所述滑轮通过第一转轴铰接在所述连接支架上部的第一凹槽内，所述固定板上部通过带有外螺纹的第二转轴铰接在所述连接支架下部的第二凹槽内，所述第二转轴上设有锁紧螺母，通过调松和上紧锁紧螺母，可使连接支架在固定板上实现转动和固定。

优选地，所述长木板远离所述滑轮的一端的底部放置有垫块。

优选地，所述垫块的顶端为楔形体，且其顶端端面与所述长木板的底面相贴合。

优选地，所述垫块的底端端面和/或顶端端面上固定贴合有一层防滑垫。

本实用新型的有益效果是：通过加速度传感器和测力传感器实可时监测小车加速度和所受拉力两个物理量并将数据传递给主控制器，主控制器通过蓝牙模块可实时将数据传递给上位机，并通过上位机绘制出力与质量、加速度与质量的关系图像，使实验的结果更加精确、直观简洁，方便学生的理解和记忆。本实用新型使用方便，实验过程中无需后续的测量与计算工作，缩短实验时间、简化实验操作；去除了纸带和打点计时器的使用，节约资源；能够很好地调动学生的学习兴趣，提高教师的教学质量，其结构简单，构思巧妙，制造成本低，适宜推广。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型中小车的结构示意图。

图3是本实用新型中长木板的结构示意图。

图4是本实用新型中连接机构的结构示意图。

图5是本实用新型中垫块的结构示意图。

图6是本实用新型的原理框图。

其中：1-长木板，101-滑轨，2-滑轮，3-小车，4-拉绳，5-牵引块，6-测力传感器，7-加速度传感器，8-主控制器，9-蓝牙模块，10-水平实验台，11-垫块，111-楔形体，112-防滑垫，20-连接机构，12-固定板，13-连接支架，131第一凹槽，132-第二凹槽，14-第一转轴，15第二转轴，151-锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，如图1至图5所示，包括长木板1、滑轮2、小车3、拉绳4、牵引块5、测力传感器6、加速度传感器7、主控制器8和蓝牙模块9，还包括设在小车3内的用于分别为测力传感器6、主控制器8和蓝牙模块9供电的供电模块，供电模块具体为蓄电池，所述长木板1放置在水平实验台10上，其一端与所述水平实验台10边缘对齐或伸出，所述滑轮2固定在所述长木板1靠近水平实验台10边缘的一端，所述小车3放置在所述长木板1的另一端；所述测力传感器6具体采用CZLY-4型号的电阻应变式测力传感器，其固定在所述小车3前端的中间位置，所述拉绳4的一端固定在所述测力传感器6上，其另一端绕过所述滑轮2与所述牵引块5实现连接，所述牵引块5悬于空中为小车3提供拉力；所述加速度传感器7、主控制器8和所述蓝牙模块9均固定在所述小车3车体上，加速度传感器7具体采用MPU6050M，所述测力传感器6、加速度传感器7和蓝牙模块9均分别与所述主控制器8电联接，主控制器8具体采用ATMEGA328型号的单片机，所述测力传感器6用于间隔性测量所述小车3的加速度并将结果传输给所述主控制器8；所述加速度传感器7用于间隔性测量所述小车3所受到的拉力并将结果传输给单片机；所述蓝牙模块9用于将所述主控制器8收集到加速度与力的信息发送到上位机软件中，蓝牙模块9具体采用HC06型号的蓝牙模块。

实验时，小车3与牵引块5通过拉绳4连接，并将牵引块5跨过滑轮2由静止释放，在小车3随着牵引块5运动的过程中，固定在小车3上的加速度传感器7和测力传感器6，分别以一定速率采集当前时刻小车3的加速度和所受拉力大小，主控制器8将两者采集到的数据通过蓝牙模块9发送到上位机，并通过上位机分别绘制力与质量、加速度与质量的关系图像，通过所得到的图像验证牛顿第二定律，上位机具体为电脑。

在本实施例中，所述长木板1的上表面开设有与所述小车3的滚轮相匹配的滑轨101，所述小车3放置在滑轨101上，实验时，小车3沿滑轨101运动，防止其运动过程中偏离方向。

在本实施例中，所述滑轨101为铝合金材质制成，坚固耐用，实验时，可减少滑轨101与小车3滚轮之间的摩擦，使实验更加准确。

在本实施例中，所述滑轮2通过连接机构20安装固定在所述长木板1上，所述连接机构包括固定板12和连接支架13，所述固定板12竖直固定在所述长木板1靠近水平实验台10边缘的一端，所述连接支架13呈“H”型，所述滑轮2通过第一转轴14铰接在所述连接支架13上部的第一凹槽131内，所述固定板12上部通过带有外螺纹的第二转轴15铰接在所述连接支架13下部的第二凹槽132内，所述第二转轴15上设有锁紧螺母151，通过调松和上紧锁紧螺母151，可使连接支架13在固定板12上实现转动和固定。这样设置，在调松锁紧螺母151后，可通过转动连接支架13来调整滑轮2的高度，从而使介于小车3与滑轮2之间的拉绳4和长木板1处于相互平行的状态，以增加实验的精准性，上紧锁紧螺母151后，连接支架13与固定板12实现固定。

在本实施例中，为了消除长木板1与小车3之间摩擦力的影响，使不连接牵引块5的小车3刚好能在长木板1上做匀速运动，所述长木板1远离所述滑轮2的一端的底部放置有垫块11。

在本实施例中，所述垫块11的顶端为楔形体111，且其顶端端面与所述长木板1的底面相贴合，从而增大垫块11与长木板1之间的接触面积，使长木板1放置的更加稳固。

在本实施例中，所述垫块11的底端端面和/或顶端端面上固定贴合有一层防滑垫112，这样设置，可增大垫块11与水平实验台10和/或长木板1之间的摩擦力，防止实验过程中垫块11滑动，对实验造成影响。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，其特征在于：包括长木板（1）、滑轮（2）、小车（3）、拉绳（4）、牵引块（5）、测力传感器（6）、加速度传感器（7）、主控制器（8）和蓝牙模块（9），所述长木板（1）放置在水平实验台（10）上，其一端与所述水平实验台（10）边缘对齐或伸出，所述滑轮（2）固定在所述长木板（1）靠近水平实验台（10）边缘的一端，所述小车（3）放置在所述长木板（1）的另一端；所述测力传感器（6）固定在所述小车（3）前端的中间位置，所述拉绳（4）一端固定在所述测力传感器（6）上，其另一端绕过所述滑轮（2）与所述牵引块（5）实现连接，所述牵引块（5）悬于空中；所述加速度传感器（7）、主控制器（8）和所述蓝牙模块（9）均固定在所述小车（3）车体上，所述测力传感器（6）、加速度传感器（7）和蓝牙模块（9）均分别与所述主控制器（8）电联接，所述测力传感器（6）用于间隔性测量所述小车（3）的加速度并将结果传输给所述主控制器（8）；所述加速度传感器（7）用于间隔性测量所述小车（3）所受到的拉力并将结果传输给单片机；所述蓝牙模块（9）用于将所述主控制器（8）收集到加速度与力的信息发送到上位机软件中。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，其特征在于：所述长木板（1）的上表面开设有与所述小车（3）的滚轮相匹配的滑轨（101），所述小车（3）放置在滑轨（101）上。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，其特征在于：所述滑轨（101）为铝合金材质制成。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，其特征在于：所述滑轮（2）通过连接机构（20）安装固定在所述长木板（1）上，所述连接机构包括固定板（12）和连接支架（13），所述固定板（12）竖直固定在所述长木板（1）靠近水平实验台（10）边缘的一端，所述连接支架（13）呈“H”型，所述滑轮（2）通过第一转轴（14）铰接在所述连接支架（13）上部的第一凹槽（131）内，所述固定板（12）上部通过带有外螺纹的第二转轴（15）铰接在所述连接支架（13）下部的第二凹槽（132）内，所述第二转轴（15）上设有锁紧螺母（151），通过调松和上紧锁紧螺母（151），可使连接支架（13）在固定板（12）上实现转动和固定。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，其特征在于：所述长木板（1）远离所述滑轮（2）的一端的底部放置有垫块（11）。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，其特征在于：所述垫块（11）的顶端为楔形体（111），且其顶端端面与所述长木板（1）的底面相贴合。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于无线数据采集的牛顿第二定律验证教具，其特征在于：所述垫块（11）的底端端面和/或顶端端面上固定贴合有一层防滑垫（112）。