CN209028922U - 高中物理实验用自由落体演示装置 - Google Patents

Abstract

一种高中物理实验用自由落体演示装置，涉及实验装置技术领域，它包括手推车，手推车顶端设有接球槽，接球槽中心设有标尺，接球槽两侧内壁有第一红外传感器和第二红外传感器，接球槽两侧壁顶有第一计时器和第二计时器，接球槽两侧各设有一个滑道，滑道上部有位置传感器，滑道与滑块连接，滑块的第一驱动电机与其凹槽内的支撑杆连接，支撑杆底端通过第一电动气缸和第二电动气缸机械手连接，滑道顶的缠线轮与第二驱动电机连接，缠线轮通过拉线与滑块连接，两个滑道外侧分别设有第一收球槽和第二收球槽，第二收球槽外侧设有控制器；手推车底端设有移动机构。本中物理实验用自由落体演示装置达到良好演示目的的同时，无需人工操控，方便移动和固定。

Description

高中物理实验用自由落体演示装置

技术领域

本实用新型涉及实验装置技术领域，具体涉及高中物理实验用自由落体演示装置。

背景技术

高中物理是高中理科的基础科目之一，高中物理，要扩大物理的知识范围，如力的合成与分解、牛顿万有引力定律、动量定理、动量守恒定律以及光的本性等等。高中不仅学习物理知识，更重要的是提高学习物理知识和应用物理知识的能力。其中自由落体运动的学习和研究也是必不可少的，自由落体运动源于地心引力，物体在只受重力作用下从相对静止开始下落的运动叫做自由落体运动(其初速度为Vo＝0m/s)譬如用手握住某种物体，不施加任何外力的理想条件下轻轻松开手后发生的物理现象。现有的自由落体演示装置存在结构复杂、人工操作繁琐等缺点，并且现有的演示装置不方便移动不方便固定，给学生或者教师增加了学习或者授课负担。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种高中物理实验用自由落体演示装置，它达到良好演示目的的同时，无需人工操控，方便移动和固定，省时省力。

为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用如下技术方案：包括手推车，手推车顶端设有接球槽，接球槽中心垂直设有标尺，标尺将接球槽分为左右两个腔室，两个腔室内底部均铺设砂垫层，接球槽左右两侧内壁分别安装第一红外传感器和第二红外传感器，接球槽左右两侧壁顶端分别安装第一计时器和第二计时器，接球槽左右两侧各设有一个滑道，两个滑道均垂直设于手推车顶端，两个滑道上部均设有位置传感器，滑道上均与滑块滑动连接，两个滑块顶端均设有第一驱动电机，两个滑块侧端均设有凹槽，凹槽内均设有水平的支撑杆，支撑杆一端伸入凹槽内与第一驱动电机的输出轴连接，支撑杆另一端位于滑块外，两个支撑杆底端分别设有第一电动气缸和第二电动气缸，第一电动气缸和第二电动气缸底端均设有机械手，所述的两个滑道顶端均设有缠线轮，缠线轮与第二驱动电机的输出轴连接，缠线轮上缠绕拉线，拉线一端与缠绕轮固定连接，拉线另一端与滑块顶部连接，所述的两个滑道外侧分别设有第一收球槽和第二收球槽，第二收球槽外侧设有控制器；所述的第一电动气缸、第二电动气缸、第一红外传感器和第二红外传感器分别通过导线与控制器连接，控制器通过导线与第一计时器和第二计时器分别连接；所述的手推车底端设有移动机构，移动机构包括与手推车底部连接的支撑件、通过转轴与支撑件连接的滚轮、均匀布在滚轮外侧的凹槽、设置在手推车底部外壁上的销轴以及与销轴连接的限位把手和限位弧形杆，限位把手与限位弧形杆固定连接，限位弧形杆底部与所凹槽相匹配设置。

所述的第一红外传感器和第二红外传感器的红外光束均朝向标尺。

所述的第一收球槽和第二收球槽内分别装有网球和乒乓球。

所述的标尺将接球槽分成的左右两个腔室内底部均铺设砂垫层。

所述的两个位置传感器位于同一高度。

本实用新型的有益效果是使用方便，设计合理：

1）利用第一驱动电机和第二驱动电机，自动完成了夹取被实验物体的工作，无需人工繁琐的操作，省时省力；

2）利用位置传感器、红外传感器和计时器的相互配合使用，自动完成被实验物体的自由落体运动的实验，实验效果佳，便于学生对自由落体运动的了解和运用；

3）采用移动机构，方便了演示装置的移动和固定，解决来回来搬运演示装置费时费力的问题。

附图说明：

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型实验状态图；

图3是本实用新型移动机构图；

图4是本实用新型连接关系图。

具体实施方式：

参照各图，本实用新型具体采用如下实施方式：包括手推车1，手推车1顶端设有接球槽20，接球槽20中心垂直设有标尺13，标尺13将接球槽20分为左右两个腔室，两个腔室内底部均铺设砂垫层21，接球槽20左右两侧内壁分别安装第一红外传感器23和第二红外传感器19，接球槽20左右两侧壁顶端分别安装第一计时器22和第二计时器18，接球槽20左右两侧各设有一个滑道12，两个滑道12均垂直设于手推车1顶端，两个滑道12上部均设有位置传感器25，滑道12上均与滑块11滑动连接，两个滑块11顶端均设有第一驱动电机10，两个滑块11侧端均设有凹槽，凹槽内均设有水平的支撑杆6，支撑杆6一端伸入凹槽内与第一驱动电机10的输出轴连接，支撑杆6另一端位于滑块12外，两个支撑杆6底端分别设有第一电动气缸5和第二电动气缸24，第一电动气缸5和第二电动气缸24底端均设有机械手4，所述的两个滑道12顶端均设有缠线轮7，缠线轮7与第二驱动电机17的输出轴连接，缠线轮7上缠绕拉线9，拉线9一端与缠绕轮固定连接，拉线9另一端与滑块11顶部连接，所述的两个滑道12外侧分别设有第一收球槽2和第二收球槽14，第二收球槽14外侧设有控制器16；所述的第一电动气缸5、第二电动气缸24、第一红外传感器23和第二红外传感器19分别通过导线与控制器16连接，控制器16通过导线与第一计时器22和第二计时器18分别连接；所述的手推车1底端设有移动机构8，移动机构8包括与手推车1底部连接的支撑件81、通过转轴与支撑件81连接的滚轮82、均匀布在滚轮82外侧的凹槽、设置在手推车1底部外壁上的销轴83以及与销轴83连接的限位把手84和限位弧形杆85，限位把手84与限位弧形杆85固定连接，限位弧形杆85底部与所凹槽相匹配设置。所述的第一红外传感器23和第二红外传感器19的红外光束均朝向标尺13。所述的第一收球槽2和第二收球槽14内分别装有网球3和乒乓球15。所述的标尺13将接球槽20分成的左右两个腔室内底部均铺设砂垫层21。所述的两个位置传感器25位于同一高度。

本演示装置在使用前，首先通过手推车1和移动机构8将演示装置移动到需要的位置，启动移动机构8，移动机构8中的限位弧形杆85底部可以放置在滚轮82外侧的凹槽内，防止滚轮82滚动；当转动限位把手84时，限位弧形杆85底部离开凹槽，滚轮82即可进行滚动，达到了演示装置移动搬运的目的，移动到指定位置后，再将弧形杆85重新放置在滚轮85外侧的凹槽内，以便达到演示装置固定的目的。

演示实验未开始时，机械手4分别位于第一收球槽2和第二收球槽14的上方，启动第二驱动电机17，第二驱动电机17带动缠线轮7转动，进而达到拉线9放线的目的，拉线9放线，滑块11通过滑道12下滑直至触碰到收球槽内被实验球体，然后第一电动气缸5和第二电动气缸24工作，驱动相应的机械手4夹取相应的被实验球体，如网球3和乒乓球15，网球3和乒乓球15的重量和质量均不同，这属于生活常识，机械手4夹取被实验球体后，拉线9收线，滑块11在滑道12上上升，在滑块11上升的过程中，第一驱动电机10启动，第一驱动电机10的输出轴与滑块11的连接处设有轴承，便于第一驱动电机10的转动，第一驱动电机10通过其输出轴带动与其连接的支撑杆6水平向旋转180度，此时，支撑杆6带动其相应夹取的机械手4位于接球槽20的上方，即网球3和乒乓球15分别位于接球槽20左右两个腔室的上方，在两个滑块11上升触碰到滑道12上部的位置传感器25时，位置传感器25发出信号给控制器16，控制器16同时控制第一电动气缸5、第二电动气缸24、第一计时器22和第二计时器18工作，控制第一电动气缸5和第二电动气缸24工作驱动机械手4松开使网球3和乒乓球15自然落下，控制第一计时器22和第二计时器18开始计时，在网球3和乒乓球15落下时分别经过第一红外传感器22和第二红外传感器18，第一红外传感器22和第二红外传感器18感知有物体穿过发出信号给控制器16，控制器16控制第一计时器22和第二计时器18停止计时，网球3和乒乓球15同时落在砂垫层21上，因此学生可以通过计时器知道，物体自由落体运动与物体本身的质量或者重量无关，从本演示装置清楚的了解物体自由落体的全过程，并得出结论，便于学生更透彻的理解自由落体运动，在未来学习或者应用上更加的灵活。

为了防止反复的实验，被实验球体砸坏收球槽20，因此在收球槽20左右腔室的底部铺设砂垫层21，缓解被实验球体落下的冲力，进而起到对收球槽20的保护作用，延长了实验器具的使用寿命，节约经费。

综上所述，本高中物理实验用自由落体演示装置利用第一驱动电机10和第二驱动电机17，自动完成了夹取被实验物体的工作，无需人工繁琐的操作，省时省力；利用位置传感器25、红外传感器和计时器的相互配合使用，自动完成被实验物体的自由落体运动的实验，实验效果佳，便于学生对自由落体运动的了解和运用；采用移动机构8，方便了演示装置的移动和固定，解决来回来搬运演示装置费时费力的问题。

Claims (5)

1.一种高中物理实验用自由落体演示装置，其特征在于：包括手推车（1），手推车（1）顶端设有接球槽（20），接球槽（20）中心垂直设有标尺（13），标尺（13）将接球槽（20）分为左右两个腔室，两个腔室内底部均铺设砂垫层（21），接球槽（20）左右两侧内壁分别安装第一红外传感器（23）和第二红外传感器（19），接球槽（20）左右两侧壁顶端分别安装第一计时器（22）和第二计时器（18），接球槽（20）左右两侧各设有一个滑道（12），两个滑道（12）均垂直设于手推车（1）顶端，两个滑道（12）上部均设有位置传感器（25），滑道（12）上均与滑块（11）滑动连接，两个滑块（11）顶端均设有第一驱动电机（10），两个滑块（11）侧端均设有凹槽，凹槽内均设有水平的支撑杆（6），支撑杆（6）一端伸入凹槽内与第一驱动电机（10）的输出轴连接，支撑杆（6）另一端位于滑块（11）外，两个支撑杆（6）底端分别设有第一电动气缸（5）和第二电动气缸（24），第一电动气缸（5）和第二电动气缸（24）底端均设有机械手（4），所述的两个滑道（12）顶端均设有缠线轮（7），缠线轮（7）与第二驱动电机（17）的输出轴连接，缠线轮（7）上缠绕拉线（9），拉线（9）一端与缠绕轮固定连接，拉线（9）另一端与滑块（11）顶部连接，所述的两个滑道（12）外侧分别设有第一收球槽（2）和第二收球槽（14），第二收球槽（14）外侧设有控制器（16）；所述的位置传感器（25）、第一电动气缸（5）、第二电动气缸（24）、第一红外传感器（23）和第二红外传感器（19）分别通过导线与控制器（16）连接，控制器（16）通过导线与第一计时器（22）和第二计时器（18）分别连接；所述的手推车（1）底端设有移动机构（8），移动机构（8）包括与手推车（1）底部连接的支撑件（81）、通过转轴与支撑件（81）连接的滚轮（82）、均匀布在滚轮（82）外侧的凹槽、设置在手推车（1）底部外壁上的销轴（83）以及与销轴（83）连接的限位把手（84）和限位弧形杆（85），限位把手（84）与限位弧形杆（85）固定连接，限位弧形杆（85）底部与所凹槽相匹配设置。

2.根据权利要求1所述的高中物理实验用自由落体演示装置，其特征在于：所述的第一红外传感器（23）和第二红外传感器（19）的红外光束均朝向标尺（13）。

3.根据权利要求1所述的高中物理实验用自由落体演示装置，其特征在于：所述的第一收球槽（2）和第二收球槽（14）内分别装有网球（3）和乒乓球（15）。

4.根据权利要求1所述的高中物理实验用自由落体演示装置，其特征在于：所述的标尺（13）将接球槽（20）分成的左右两个腔室内底部均铺设砂垫层（21）。

5.根据权利要求1所述的高中物理实验用自由落体演示装置，其特征在于：所述的两个位置传感器（25）位于同一高度。