CN209859420U - 一种斜面模型演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斜面模型演示仪，包括底板、第一固定架、第一电磁铁、滑轨和计时器；底板的上端竖直固定有第一固定架，在第一固定架上水平开设有三个插孔，在每个插孔对应插接有一根滑轨；在每个插孔内的滑轨的顶端设有一个第一电磁铁；在每根滑轨的尾端设有一个无盖收纳盒，无盖收纳盒内固定有计时器。三个第一电磁铁同时失电，确保三个滑轨上的铁球同时下落，三个计时器同时得电开始计时，铁球下落至滑轨上后触发与其相对应计时器的停止按钮，停止计时，可以精确的测量出每个铁球在其相对应的滑轨上的滚动时间，直观的表达出实验数据，实验效果更好。

Description

一种斜面模型演示仪

技术领域：

本实用新型涉及实验教学器材领域，具体涉及一种斜面模型演示仪。

背景技术：

斜面问题是高中物理教学中的经典模型，在这种模型中涉及到了多方面高中物理知识，主要体现在以下几个方面：第一方面是时间、速度、加速度、位移等问题；第二方面是涉及到了物体的受力情况；第三方面涉及到了物体的动能、重力势能以及因为摩擦而生成的内能等问题，复杂多变，是高中物理学习的重点也是难点。目前的斜面模型在使用中，大都通过老师和学生配合，人工将下落物体放开，使下落物体在不同的斜面模型上开始运动，无法保证做对比的不同斜面模型上下落物体同时开始运动，而且也无法具体的显示出小球在斜面模型上运动所使用的时间，只能通过肉眼观察，无法给出准确的数据进行表达，通过实验所达到的教学效果不尽人意。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种能够准确的测量出铁球在斜面运动时间的斜面模型演示仪。

本实用新型由如下技术方案实施：

一种斜面模型演示仪，包括底板、第一固定架、第一电磁铁、滑轨和计时器；

所述底板的上端竖直固定有所述第一固定架，在所述第一固定架上水平开设有三个插孔，在每个所述插孔对应插接有一根所述滑轨；

在每个所述插孔内的所述滑轨的顶端设有一个所述第一电磁铁；在每根所述滑轨的尾端设有一个无盖收纳盒，所述无盖收纳盒内固定有所述计时器；

在每个所述滑轨上滚动有一个铁球；所述铁球均与其相对应的所述滑轨两端的所述第一电磁铁和所述计时器的停止按钮活动接触；

在所述固定架上安装有双控开关；三个所述第一电磁铁并联后与电源、所述双控开关的公共端和常闭端串联组成闭合回路；所述双控开关的公共端和常闭端控制所述第一电磁铁的启停；

三个所述计时器并联后与所述双控开关的公共端和常开端串联组成闭合回路；所述双控开关的公共端和常开端控制所述计时器的启停。

优选的，三根所述滑轨均为直线式滑轨，每个所述滑轨的尾端置于所述底板的上端，所述三根所述滑轨与所述底板的夹角分别为30°、45°和60°。

优选的，三根所述滑轨为一根直线式滑轨以及两根曲率不同的曲线式滑轨。

优选的，在曲率最大的所述曲线式滑轨的侧面滑动设有一个第二电磁铁，所述第二电磁铁与三个所述第一电磁铁并联。

优选的，在所述底板的上端竖直固定有第二固定架，三个所述无盖收纳盒水平固定在所述第二固定架与所述第一固定架相对的板面上；

三根所述滑轨从所述第一固定架到所述第二固定架依次为首尾相连的加速轨道、第一水平轨道、变速轨道和第二水平轨道，所述加速轨道为向下倾斜设置的直线式滑轨，所述第一水平轨道和所述第二水平轨道为处于同一水平面的直线式滑轨。

优选的，一根所述变速轨道为与所述第一水平轨道和所述第二水平轨道处于同一水平面的直线式滑轨；

另一个所述变速轨道为依次首尾相连的向上倾斜设置的直线式第一上升轨道、水平设置的直线式第三水平轨道和向下倾斜设置的直线式第二下降轨道；

第三个所述变速轨道为依次首尾相连的向下倾斜设置的直线式第一下降轨道、水平设置的所述直线式第四水平轨道和向上倾斜设置的直线式第二上升轨道。

优选的，所述第一上升轨道和所述第一下降轨道的倾角相反，长度相同；所述第二上升轨道和所述第二下降轨道的倾角相反，长度相同。

本实用新型的优点：通过设置双控开关，在启动时从常闭端切换至常开端，三个第一电磁铁同时失电，确保三个滑轨上的铁球同时下落，并且在双控开关从常闭端切换至常开端，三个计时器同时得电开始计时，铁球下落至滑轨上后触发与其相对应计时器的停止按钮，停止计时，可以精确的测量出每个铁球在其相对应的滑轨上的滚动时间，直观的表达出实验数据，实验效果更好；通过设置插孔，使得滑轨可以拆卸，方便根据需要更换不同形状的滑轨，使得对比种样更多，实验效果更加显著；通过设置无盖收纳盒对铁球，防止铁球丢失。

附图说明：

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例1的俯视图；

图3是实施例2的结构示意图；

图4是实施例2的俯视图；

图5是实施例3的结构示意图；

图6是实施例3的俯视图；

图7是实施例1、实施例3的电路示意图；

图8是实施例2的电路示意图。

图中：底板1、第一固定架2、第一电磁铁3、滑轨4、计时器5、双控开关6、铁球7、插孔8、第二电磁铁9、第二固定架10、无盖收纳盒11、加速轨道12、第一水平轨道13、变速轨道14、第二水平轨道15、第一上升轨道16、第三水平轨道17、第二下降轨道18、第二上升轨道19、第一下降轨道20。

具体实施方式：

实施例1：如图1、图2和图7所示，一种斜面模型演示仪，

包括底板1、第一固定架2、第一电磁铁3、滑轨4和计时器5；

底板1的上端竖直固定有第一固定架2，在第一固定架2上水平开设有三个插孔8，在每个插孔8对应插接有一根滑轨4；

在每个插孔8内的滑轨4的顶端设有一个第一电磁铁3；在每根滑轨4的尾端设有一个无盖收纳盒11，无盖收纳盒11内固定有计时器5；

在每个滑轨4上滚动有一个铁球7；铁球7均与其相对应的滑轨4两端的第一电磁铁3和计时器5的停止按钮活动接触；

在固定架上安装有双控开关6；三个第一电磁铁3并联后与电源、双控开关6的公共端和常闭端串联组成闭合回路；双控开关6的公共端和常闭端控制第一电磁铁3的启停；

三个计时器5并联后与双控开关6的公共端和常开端串联组成闭合回路；双控开关6的公共端和常开端控制计时器5的启停；

通过设置双控开关6，在启动时从常闭端切换至常开端，三个第一电磁铁3同时失电，确保三个滑轨4上的铁球7同时下落，并且在双控开关6从常闭端切换至常开端，三个计时器5同时得电开始计时，铁球7下落至滑轨4上后触发与其相对应计时器5的停止按钮，停止计时，可以精确的测量出每个铁球7在其相对应的滑轨4上的滚动时间，直观的表达出实验数据，实验效果更好；通过设置插孔8，使得滑轨4可以拆卸，方便根据需要更换不同形状的滑轨4，使得对比种样更多，实验效果更加显著；通过设置无盖收纳盒11对铁球7，防止铁球7丢失。

三根滑轨4均为直线式滑轨，每个滑轨4的尾端置于底板1的上端，三根滑轨4与底板1的夹角分别为30°、45°和60°，铁球7沿滑轨4下滑的加速度为a＝gsinα，同一高度h下滑的位移是x＝h/sinα，根据匀加速运动规律可知沿轨道下滑所用的时间由此可知随着与水平方向的夹角的不断增大，下滑所用的时间会越来越短，当夹角为90度时，所用时间为相当于从高位h处做自由落体运动所用的时间，可以直观的的表达出滑轨4与底板1夹角与运动时间的关系。

实施例2：如图3、图4和图8所示，一种斜面模型演示仪，其整体结构与实施例1相同，不同点在于，

三根滑轨4为一根直线式滑轨以及两根曲率不同的曲线式滑轨，3个铁球7从同一高度沿直线式滑轨和两条曲率不同的曲线式滑轨到达同一高度的点，下落速度最快的是曲率最大的曲线式滑轨，直线式滑轨虽然位移距离最短，但一定是曲率最大的曲线式滑轨上的铁球7先到达终点，这是因为铁球7沿直线式滑轨下滑，其加速度保持不变，速度线性增加，铁球7沿曲率最大的曲线式滑轨下滑，由于曲线式滑轨起始段坡度较大，铁球7在较短的时间内达到较大的下滑速度，虽然后半段坡度逐渐变小，但此时铁球7的下滑速度已经变得很大，所以即使铁球7在曲率最大的曲线式滑轨下滑的距离最大，但其下滑的时间也最短，可以直观的表达出加速度与运动时间的关系。

在曲率最大的曲线式滑轨的侧面滑动设有一个第二电磁铁9，第二电磁铁9与三个第一电磁铁3并联，通过设置可以滑动的第二电磁铁9，可以任意调整第二电磁铁9在曲率最大的滑轨4上的位置，在双控开关6切换至常开端时，第二电磁铁9断电，与其对应的计时器5得电开始计时，将得到在曲率最大的曲线式滑轨上任意位置释放铁球7，铁球7将同时到达终点的结果，由此引出最速曲线的定义。

实施例3：如图5、图6和图7所示，一种斜面模型演示仪，其整体结构与实施例1相同，不同点在于，

在底板1的上端竖直固定有第二固定架10，三个无盖收纳盒11水平固定在第二固定架10与第一固定架2相对的板面上；

三根滑轨4从第一固定架2到第二固定架10依次为首尾相连的加速轨道12、第一水平轨道13、变速轨道14和第二水平轨道15，加速轨道12为向下倾斜设置的直线式滑轨，第一水平轨道13和第二水平轨道15为处于同一水平面的直线式滑轨；

三个完全相同的铁球7从同一高度同时沿三个不同滑轨4的相同加速轨道12下落，以同样的初速度进入到第一水平轨道13，然后分别进入三个不同滑轨4的变速轨道14，经过变速后，进入第二水平轨道15，落入无盖收纳盒11内进行收集，触发计时器5停止按钮，停止计时。

一根变速轨道14为与第一水平轨道13和第二水平轨道15处于同一水平面的直线式滑轨，使铁球7从加速轨道12下落后作匀速直线运动；

另一个变速轨道14为依次首尾相连的向上倾斜设置的直线式第一上升轨道16、水平设置的直线式第三水平轨道17和向下倾斜设置的直线式第二下降轨道18，使铁球7从加速轨道12下落后进入第一水平轨道13，通过第一上升轨道16进行减速，再通过第二下降轨道18加速回到第二水平轨道15；

第三个变速轨道14为依次首尾相连的向下倾斜设置的直线式第一下降轨道20、水平设置的直线式第三水平轨道17和向上倾斜设置的直线式第二上升轨道19，铁球7从加速轨道12下落后进入第一水平轨道13，通过第一下降轨道20加速，再通过第二上升轨道19进行减速回到第二水平轨道15。

第一上升轨道16和第一下降轨道20的倾角相反，长度相同；第二上升轨道19和第二下降轨道18的倾角相反，长度相同。

沿第一下降轨道20和第二下降轨道18下滑时，重力沿斜面向下的分力的方向与速度的方向相同，做加速运动；沿第一上升轨道16和第二上升轨道19上滑时，重力沿斜面向下的分力的方向与速度的方向相反，做减速运动，故通过第一上升轨道16、第三水平轨道17和第二下降轨道18的铁球7，由于先做减速运动，速度会越来越小，而通过第一下降轨道20、第三水平轨道17和第二上升轨道19的铁球7由于先做加速运动，速度会越来越大，所以通过第一下降轨道20、第三水平轨道17和第二上升轨道19的铁球7用时最短，而通过第一上升轨道16、第三水平轨道17和第二下降轨道18上的铁球7用时最长，可以直观的表达出加速度与运动时间的关系。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种斜面模型演示仪，其特征在于：包括底板、第一固定架、第一电磁铁、滑轨和计时器；

所述底板的上端竖直固定有所述第一固定架，在所述第一固定架上水平开设有三个插孔，在每个所述插孔对应插接有一根所述滑轨；

在每个所述插孔内的所述滑轨的顶端设有一个所述第一电磁铁；在每根所述滑轨的尾端设有一个无盖收纳盒，所述无盖收纳盒内固定有所述计时器；

在每个所述滑轨上滚动有一个铁球；所述铁球均与其相对应的所述滑轨两端的所述第一电磁铁和所述计时器的停止按钮活动接触；

在所述固定架上安装有双控开关；三个所述第一电磁铁并联后与电源、所述双控开关的公共端和常闭端串联组成闭合回路；所述双控开关的公共端和常闭端控制所述第一电磁铁的启停；

三个所述计时器并联后与所述双控开关的公共端和常开端串联组成闭合回路；所述双控开关的公共端和常开端控制所述计时器的启停。

2.根据权利要求1所述的一种斜面模型演示仪，其特征在于：三根所述滑轨均为直线式滑轨，每个所述滑轨的尾端置于所述底板的上端，三根所述滑轨与所述底板的夹角分别为30°、45°和60°。

3.根据权利要求1所述的一种斜面模型演示仪，其特征在于：三根所述滑轨为一根直线式滑轨以及两根曲率不同的曲线式滑轨。

4.根据权利要求3所述的一种斜面模型演示仪，其特征在于：在曲率最大的所述曲线式滑轨的侧面滑动设有一个第二电磁铁，所述第二电磁铁与三个所述第一电磁铁并联。

5.根据权利要求1所述的一种斜面模型演示仪，其特征在于：在所述底板的上端竖直固定有第二固定架，三个所述无盖收纳盒水平固定在所述第二固定架与所述第一固定架相对的板面上；

三根所述滑轨从所述第一固定架到所述第二固定架依次为首尾相连的加速轨道、第一水平轨道、变速轨道和第二水平轨道，所述加速轨道为向下倾斜设置的直线式滑轨，所述第一水平轨道和所述第二水平轨道为处于同一水平面的直线式滑轨。

6.根据权利要求5所述的一种斜面模型演示仪，其特征在于：一根所述变速轨道为与所述第一水平轨道和所述第二水平轨道处于同一水平面的直线式滑轨；

另一个所述变速轨道为依次首尾相连的向上倾斜设置的直线式第一上升轨道、水平设置的直线式第三水平轨道和向下倾斜设置的直线式第二下降轨道；

第三个所述变速轨道为依次首尾相连的向下倾斜设置的直线式第一下降轨道、水平设置的所述直线式第三水平轨道和向上倾斜设置的直线式第二上升轨道。

7.根据权利要求6所述的一种斜面模型演示仪，其特征在于：所述第一上升轨道和所述第一下降轨道的倾角相反，长度相同；所述第二上升轨道和所述第二下降轨道的倾角相反，长度相同。