CN209357315U - 教学用单摆周期测量演示仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种教学用单摆周期测量演示仪，包括固定座、安装板、摆球及电路板组件，固定座包括上下向延伸设置的立板，立板的上方设有前后向延伸的悬挂板，安装板沿前后向延伸设置，安装板的后端沿上下向活动安装于立板，安装板的上端面沿前后向设有呈相对设置的红外线发射管与红外线接收管，红外线发射管与红外线接收管之间形成一过道空间，摆球通过线绳设于悬挂板上，摆球在悬挂板的下方摆动，且经过过道空间，电路板组件电性连接于红外线发射管与红外线接收管。安装板可沿上下向活动安装于立板，便于调整过道空间的位置，红外线发射管与红外线接收管采集小球经过过道空间的信息，便于学生很方便地进行实验，提高了物理教学实验效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及物理教具技术领域，特别涉及一种教学用单摆周期测量演示仪。
背景技术
物理教学实验中，单摆周期测量实验是在重力和重力加速度理论学习中的一个常用的辅助实验，在实验过程中，会测试摆动周期与摆长、幅度、及摆球重量之间的关系，现有演示装置大都数不能使学生很方便地进行实验，需要对传统的单摆周期测量方式进行优化。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种教学用单摆周期测量演示仪，旨在使学生很方便地进行单摆周期测量实验，提高物理教学实验效果。
为实现上述目的，本实用新型提出的教学用单摆周期测量演示仪，包括：
固定座，所述固定座包括上下向延伸设置的立板，所述立板的上方设有前后向延伸的悬挂板；
安装板，沿前后向延伸设置，所述安装板的后端沿上下向活动安装于所述立板，所述安装板的上端面沿前后向设有呈相对设置的红外线发射管与红外线接收管，所述红外线发射管与红外线接收管之间形成一过道空间；
摆球，通过线绳设于所述悬挂板上，所述摆球在所述悬挂板的下方摆动，且经过所述过道空间；以及，
电路板组件，电性连接于所述红外线发射管与红外线接收管。
优选地，所述悬挂板的前端设有沿上下向放置的圆盘，所述圆盘上设有角度指示线；
所述线绳的一端设于所述圆盘的中心位置，所述线绳的另一端设有所述摆球。
优选地，所述悬挂板的上端面设有一安装孔，所述安装孔内固定安装有调节螺母；
所述立板的上端面贯设有滑槽；
所述教学用单摆周期测量演示仪还包括：
固定板，设于所述立板的上端面，所述固定板的上端面设有所述悬挂板，所述固定板对应所述安装孔贯设有过孔，所述过孔连通所述滑槽；
调节螺杆，螺纹安装于所述调节螺母内，所述调节螺杆的下端穿过所述过孔且设于所述滑槽内；以及，
安装座，沿上下向滑动安装于所述滑槽内，所述安装座挂置于所述调节螺杆的下端，所述安装座的前端面设有所述安装板。
优选地，所述安装座包括：
两个水平向延伸的滑板，两个所述滑板呈上下向相对设置，两个所述滑板均设有挂置孔，用以供所述调节螺杆穿设；
连接板，设于两个所述滑板的前端面，所述连接板的前端面设有所述安装板。
优选地，所述摆球的外表面设有多个容纳孔，每一所述容纳孔内设有磁体；
所述教学用单摆周期测量演示仪还包括多个磁性柱，多个所述磁性柱可分别对应设于多个所述容纳孔内，并与所述磁体相吸固定。
优选地，所述电路板组件包括电路板以及设于所述电路板上的信号采集电路、微处理器、显示组件及按键组件，其中，所述信号采集电路的输出端、显示组件以及按键组件分别与所述微处理器电性连接。
优选地，所述微处理器为FPGA-EP4CE6F17C8芯片。
优选地，所述显示组件包括多个LED数码管，所述多个LED数码管与所述微处理器电性连接。
优选地，所述信号采集电路包括双电压比较器，所述双电压比较器的第一输入端连接至所述红外线发射管，所述双电压比较器的第二输入端连接至所述红外线接收管，所述双电压比较器的输出端连接至所述微处理器。
优选地，所述双电压比较器为LM393双电压比较器。
本实用新型提供的技术方案中，所述红外线发射管与红外线接收管之间形成一过道空间，所述安装板可沿上下向活动安装于所述立板，便于调整所述过道空间的位置，所述摆球在摆动的过程中，经过所述过道空间，所述红外线发射管与红外线接收管采集小球经过所述过道空间的信息，便于记录小球在一定时间内经过所述过道空间的次数，便于学生很方便地进行实验，提高了物理教学实验效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的教学用单摆周期测量演示仪(不含电路板组件) 的立体结构示意图；
图2为图1中教学用单摆周期测量演示仪的立体分解结构示意图；
图3为图1中教学用单摆周期测量演示仪的剖视示意意图；
图4为图1中教学用单摆周期测量演示仪(只含电路板组件)的部分结构电性连接示意图。
附图标号说明：
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种教学用单摆周期测量演示仪，图1至图4为本实用新型提供的教学用单摆周期测量演示仪的实施例的示意图。
请一并参阅图1及图4，所述教学用单摆周期测量演示仪100包括固定座 1、安装板23、摆球3及电路板组件4，所述固定座1包括上下向延伸设置的立板11，所述立板11的上方设有前后向延伸的悬挂板12，所述安装板23沿前后向延伸设置，所述安装板23的后端沿上下向活动安装于所述立板11，所述安装板23的上端面沿前后向设有呈相对设置的红外线发射管231与红外线接收管232，所述红外线发射管231与红外线接收管232之间形成一过道空间 31，所述摆球3通过线绳设于所述悬挂板12上，所述摆球3在所述悬挂板12 的下方摆动，且经过所述过道空间31，所述电路板组件4电性连接于所述红外线发射管231与红外线接收管232。
本实用新型提供的技术方案中，所述红外线发射管231与红外线接收管 232之间形成一过道空间31，所述安装板23可沿上下向活动安装于所述立板 11，便于调整所述过道空间31的位置，所述摆球3在摆动的过程中，经过所述过道空间31，所述红外线发射管231与红外线接收管232采集小球经过所述过道空间31的信息，便于记录小球在一定时间内经过所述过道空间31的次数，便于学生很方便地进行实验，提高了物理教学实验效果。
需要说明的是，本实施例中，可以对影响所述单摆周期的几个因素进行演示，例如，摆动幅度、摆长大小以及摆球重量等等，在演示线绳长度对所述单摆周期影响时，本实施例中，设置于所述摆球3上的线绳可以有不同的规格的绳长，选择不同的绳长安装于所述悬挂板12及所述摆球3之间即可，根据不同摆长的线绳，此时需要调整所述安装板23的位置，使得所述摆球3 始终经过所述安装板23上所述红外线发射管231与红外线接收管232之间形成的过道空间31。
另外，所述过道空间31可以对应是设置在所述摆球3摆动轨迹的最低点，也可以是对应设置在所述摆球3的摆动轨迹的路线上，本实施例中，为了便于调整所述过道空间的位置，所述所述过道空间31对应设置在所述摆球3摆动轨迹的最低点处。
在测试摆动幅度影响单摆周期的实施例中，所述悬挂板12的前端设有沿上下向放置的圆盘13，所述圆盘13上设有角度指示线131，所述线绳的一端设于所述圆盘13的中心位置，所述线绳的另一端设有所述摆球3，在进行实验时，可以将线绳贴住所述角度指示线131，例如，本实施例中，所述角度指示线131为隔15°有一条角度指示线131，可以指示学生将线绳置于不同的角度指示线131处释放小球，观察小球的摆动情况，使学生很方便地进行实验，具有较好的效果。
本实施例中，所述安装板23的后端沿上下向活动安装于所述立板11，为了便于精确地调整所述安装板23的位置，进而精确地调整所述过道空间31 的位置，具体地，所述悬挂板12的上端面设有一安装孔121，所述安装孔121 内固定安装有调节螺母14，所述立板11的上端面贯设有滑槽111，所述教学用单摆周期测量演示仪100还包括固定板15、调节螺杆16及安装座2，所述固定板15设于所述立板11的上端面，所述固定板15的上端面设有所述悬挂板12，所述固定板15对应所述安装孔121贯设有过孔，所述过孔连通所述滑槽111，所述调节螺杆16螺纹安装于所述调节螺母14内，所述调节螺杆16 的下端穿过所述过孔且设于所述滑槽111内，所述安装座2沿上下向滑动安装于所述滑槽111内，所述安装座2挂置于所述调节螺杆16的下端，所述安装座2的前端面设有所述安装板23，需要说明的是，所述安装座2上设有让位孔，所述调节螺杆16穿设于所述让位孔内，需要说明的是，所述让位孔的直径大于所述调节螺杆16的外径，所述调节螺杆16的下端设有限位螺母，所述安装座2被所述限位螺母限位安装，不至于从所述调节螺杆16上脱落，在调整所述调节螺杆16时，所述安装座2不会随着所述调节螺杆16转动，所述安装座2在重力的作用下，随着所述调节螺杆16的下端上下向移动，进而进行上下向位置的调节，另外，通过所述调节螺杆16与所述调节螺母14的配合，一方面螺纹连接结构简单，便于操作，另一方面，学生在调整所述调节螺杆16时，可以进行边观察边调整的方式进行，精确度掌控很好，很方便地实现调整，具有较好的效果。
具体地，所述安装座2包括两个滑板21及连接板22，其中，两个所述滑板21均沿水平向延伸设置，两个所述滑板21呈上下向相对设置，两个所述滑板21均设有挂置孔211，用以供所述调节螺杆16穿设，所述连接板22设于两个所述滑板21的前端面，所述连接板22的前端面设有所述安装板23，通过两个所述滑板21加上所述连接板22的结构，使得所述安装座2更稳定地支撑所述安装板23，另外，需要说明的是，所述滑槽111为T型槽，便于所述滑板21在所述T型槽内限位滑动。
为了方便对重量因素的测试，本实用新型中，所述摆球3的外表面设有多个容纳孔，每一所述容纳孔内设有磁体，所述教学用单摆周期测量演示仪 100还包括多个磁性柱，多个所述磁性柱可分别对应设于多个所述容纳孔内，并与所述磁体相吸固定，例如，无磁性柱设于所述摆球3上，所有的磁性柱设于所述摆球3上为两种极限的重量，在集中几个选择性的安装几个所述磁性柱构成其他的规格的重量，很方便地实现了所述重量的调整，便于实现学生对重量因素对单摆周期影响的测量。
所述电路板组件4主要是采集所述红外线发射管231与红外线接收管232 的信息，具体地，本实施例中，所述电路板组件4包括电路板以及设于所述电路板上的信号采集电路41、微处理器42、显示组件43及按键组件44，其中，所述信号采集电路41的输出端、显示组件43以及按键组件44分别与所述微处理器42电性连接，通过所述所述红外线发射管231与红外线接收管232 采集小球经过所述过道空间31的信息，所述信息包括摆球3通过所述过道空间31的次数及时间，经过所述信号采集电路41传送至所述微处理器42处理后，在所述显示组件43上显示出来，所述按键主要用于复位，用于进行下次的重新实验。
本实用新型的实施例中，所述显示组件43包括LED数码管431以及基本电子元器件、线缆等构成的LED显示电路，所述LED数码管431包括6 个八段式数码管，其中3个可以用于显示摆球3通过所述过道空间31的次数，另外3个可以用于显示摆球3通过所述过道空间31的时间；所述按键组件44 包括按键以及基本电子元器件、线缆等构成的按键控制电路，需要说明的是，在本实施例中，所述显示组件43以及所述按键组件44均为现有技术，此处不作详述。
具体地，为便于对所有电路进行有序控制，在本实施例中，所述微处理器42为FPGA-EP4CE6F17C8芯片，所述FPGA-EP4CE6F17C8芯片为现有产品，不仅优惠实用，而且具有丰富的硬件资源、开发资料资源等，易于开发，可用于实现本实施例中对至所述红外线发射管231与红外线接收管232的信息进行采集，具有较好的效果。
需要说明的是，所述微处理器42需要提供电源组件，本实施例中，所述 FPGA-EP4CE6F17C8芯片采用5V的直流组件电源供电。
在本实施例中，所述信号采集电路41包括双电压比较器411以及基本电子元器件、线缆等构成的采集电路，所述双电压比较器411的第一输入端连接至所述红外线发射管231，所述双电压比较器411的第二输入端连接至所述红外线接收管232，所述双电压比较器411的输出端连接至所述微处理器42，具体地，所述双电压比较器411为LM393双电压比较器411，所述LM393双电压比较器411为现有产品，优惠实用，采用所述LM393双电压比较器411配合所述红外线发射管231与红外线接收管232可以较好地采集所述摆球3 经过所述过道的次数和时间，不需要人工进行测量和计数，测量准确，具有较好的效果。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，包括：
固定座，所述固定座包括上下向延伸设置的立板，所述立板的上方设有前后向延伸的悬挂板；
安装板，沿前后向延伸设置，所述安装板的后端沿上下向活动安装于所述立板，所述安装板的上端面沿前后向设有呈相对设置的红外线发射管与红外线接收管，所述红外线发射管与红外线接收管之间形成一过道空间；
摆球，通过线绳设于所述悬挂板上，所述摆球在所述悬挂板的下方摆动，且经过所述过道空间；以及，
电路板组件，电性连接于所述红外线发射管与红外线接收管。
2.如权利要求1所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述悬挂板的前端设有沿上下向放置的圆盘，所述圆盘上设有角度指示线；
所述线绳的一端设于所述圆盘的中心位置，所述线绳的另一端设有所述摆球。
3.如权利要求1所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述悬挂板的上端面设有一安装孔，所述安装孔内固定安装有调节螺母；
所述立板的上端面贯设有滑槽；
所述教学用单摆周期测量演示仪还包括：
固定板，设于所述立板的上端面，所述固定板的上端面设有所述悬挂板，所述固定板对应所述安装孔贯设有过孔，所述过孔连通所述滑槽；
调节螺杆，螺纹安装于所述调节螺母内，所述调节螺杆的下端穿过所述过孔且设于所述滑槽内；以及，
安装座，沿上下向滑动安装于所述滑槽内，所述安装座挂置于所述调节螺杆的下端，所述安装座的前端面设有所述安装板。
4.如权利要求3所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述安装座包括：
两个水平向延伸的滑板，两个所述滑板呈上下向相对设置，两个所述滑板均设有挂置孔，用以供所述调节螺杆穿设；
连接板，设于两个所述滑板的前端面，所述连接板的前端面设有所述安装板。
5.如权利要求1所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述摆球的外表面设有多个容纳孔，每一所述容纳孔内设有磁体；
所述教学用单摆周期测量演示仪还包括多个磁性柱，多个所述磁性柱可分别对应设于多个所述容纳孔内，并与所述磁体相吸固定。
6.如权利要求1所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述电路板组件包括电路板以及设于所述电路板上的信号采集电路、微处理器、显示组件及按键组件，其中，所述信号采集电路的输出端、显示组件以及按键组件分别与所述微处理器电性连接。
7.如权利要求6所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述微处理器为FPGA-EP4CE6F17C8芯片。
8.如权利要求6所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述显示组件包括多个LED数码管，所述多个LED数码管与所述微处理器电性连接。
9.如权利要求6所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述信号采集电路包括双电压比较器，所述双电压比较器的第一输入端连接至所述红外线发射管，所述双电压比较器的第二输入端连接至所述红外线接收管，所述双电压比较器的输出端连接至所述微处理器。
10.如权利要求9所述的教学用单摆周期测量演示仪，其特征在于，所述双电压比较器为LM393双电压比较器。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112505794A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 合肥工业大学 | 基于圆锥摆的智能重力加速度测量仪 |
| CN113053213A (zh) * | 2019-12-26 | 2021-06-29 | 安徽春月科教设备有限公司 | 一种物理教学用单摆球演示装置 |
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2018
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