CN210271407U - 一种验证运动独立性的教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种验证运动独立性的教学装置，装置的直线导轨上丝杆，所述丝杆一端与步进电机的输出轴固接，所述丝杆穿过滑块上的螺纹孔，所述滑块固定在直线导轨上并可沿直线导轨滑动，所述滑块上方固定有推拉式电磁铁，所述推拉式电磁铁的推杆竖直向上设置，所述推拉式电磁铁的上方固定有上方开口的置物碗。本实用新型的优点在于能够遥控控制，方便课堂讲解，演示清楚明了，方便教师向学生传授运动独立性的物理现象知识。

Description

一种验证运动独立性的教学装置

技术领域

本实用新型涉及物理教学器材领域。

背景技术

运动独立性原理说明一个物体同时参与几种运动，各分运动都可看成独立进行的，互不影响，物体的合运动则视为几个相互独立分运动叠加的结果。目前，物理课上，教师大都口述相关内容，无法通过演示向学生直观的展示运动独立性的物理现象，缺乏一种演示该类物理现象的教学器材。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种能够展示运动独立性的物理现象的教学装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种验证运动独立性的教学装置，装置的直线导轨上丝杆，所述丝杆一端与步进电机的输出轴固接，所述丝杆穿过滑块上的螺纹孔，所述滑块固定在直线导轨上并可沿直线导轨滑动，所述滑块上方固定有推拉式电磁铁，所述推拉式电磁铁的推杆竖直向上设置，所述推拉式电磁铁的上方固定有上方开口的置物碗，所述置物碗内放置有小球。

装置设有固定在滑块上的单片机和光电开关，所述光电开关感应直线导轨侧向挡光片信息并经过信号线连接单片机的信号输入端，所述单片机的信号输出端经信号线连接推拉式电磁铁。

所述直线导轨的两端设有用于感应滑块位置的电磁式接近开关，两个所述电磁式接近开关经信号线连接电机控制器，所述电机控制器经信号线和电源线连接步进电机。

装置设有用于连接市电的直流降压模块，所述直流降压模块固定直线导轨上，或为与直线导轨分离的独立器件，所述直流降压模块为电机控制器和单片机供电。

本实用新型的优点在于能够自动循环工作，演示物理现象，方便课堂讲解，演示清楚明了，方便教师向学生传授运动独立性的物理现象知识。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为验证运动独立性的教学装置结构示意图；

图2为验证运动独立性的教学装置控制电路原理图；

上述图中的标记均为：1、直线导轨；2、丝杆；3、步进电机；4、滑块；5、电磁式接近开关；6、单片机；7、光电开关；8、推拉式电磁铁；9、小球；10、置物碗。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

运动独立性原理说明一个物体同时参与几种运动，各分运动都可看成独立进行的，互不影响，物体的合运动则视为几个相互独立分运动叠加的结果。通过设计、制作本实验装置验证运动独立性原理的正确性。设计思路是在导轨上控制一个滑块4作匀速直线运动，在滑块4上安装电控装置，滑块经过导轨侧的挡光片，遮挡光电开关(型号可选ITR9606)，51单片机输入端获得电平信号，输出一个电信号给到推拉式电磁铁，可以使一个小球9竖直向上弹出。根据运动的独立性，在地面参照系看，在小球9弹出后的斜抛运动是合运动，小球9 在水平方向上的匀速直线运动和竖直上抛运动是独立的分运动。由于滑块4的运动速度与小球9在水平方向分运动相等，小球9仍会落回原处(因为我们选择了质量大表面光滑的玻璃球，所以小球9在空中运动时受到的空气阻力忽略不计)，从而验证了运动独立性原理。

装置设有直线导轨1和丝杆2，优选选择了一个T型丝杆线性直线导轨1和一个与之配套的滑块4(载物台)，T型丝杆线性直线导轨1具有四方向等载受负荷力、高精度(0.1mm)、平滑低噪等特点。丝杆2一端与步进电机3的输出轴固接，步进电机3和控制步进电机3的电机控制器均安装在直线导轨1一端，电机控制器，控制步进电机3转速，控制滑块4的运行速度在1-8cm/s之间，并能保持匀速运动。

为防止滑块4与导轨两端相撞，在直线导轨1的两端设有用于感应滑块4 位置的电磁式接近开关5，两个电磁式接近开关5经信号线连接电机控制器，电机控制器(所用单片机芯片为：STM32F1.整个控制器买的是成品，包括STM32+ 七段数码管显示器+三个按钮、驱动器用来驱动步进电机，型号为TB6600，一端连控制器另一端连步进电机)可根据该信号控制步进电机3停止会进行反转。电磁式接近开关5(可选LJ12A3-4-Z/BX)可避免磨损和影响滑块4运动，具有高速响应的特点，并且这一设计还能够灵活地改变滑块4运动的方向和路程。例如当滑块4靠近接近开关时，电机控制器接收到电磁式接近开关5的电平信号控制步进电机3停止，并使滑块4向相反的方向运动，从而保护滑块4，实现滑块4在两接近开关之间运动。

滑块4上方固定有推拉式电磁铁8，推拉式电磁铁8的推杆竖直向上设置，推拉式电磁铁8的上方固定有上方开口的置物碗10，置物碗10为上大下小的倒锥台形结构，两端均开口，能够让推拉式电磁铁8将置物碗10内的小球9向正上方弹射。小球9优选玻璃球，因其重量大，惯性大，可忽略弹出后受到的空气阻力。

单片机6和光电开关7固定在滑块4上，光电开关7感应直线导轨1侧向挡光片信息并经过信号线连接单片机6的信号输入端，单片机6的信号输出端经信号线连接推拉式电磁铁8，则可以利用光电开关7的信号驱动推拉式电磁铁 8工作，单片机6可以选用51单片(芯片STC89C52)，也可以将单片机6和电机控制器的功能集成在一块芯片上。光电开关7可以利用手势触发，也可以在直线导轨1一侧任意位置放置一个物体用于触发小球9的弹射，也可以在直线导轨1一侧任意位置放置一个与光电开关7配套使用的感应器用于触发小球9 的弹射。

装置设有用于连接市电的直流降压模块，直流降压模块将220V交流电转换为低压直流电为电机控制器和单片机6供电。直流降压模块固定直线导轨1上，或为与直线导轨1分离的独立器件。

教学演示时，在直线导轨1上控制一个滑块4作匀速直线运动，在滑块4 上安装电控装置，通过触发信号，可以使一个小球9竖直向上弹出。根据运动的独立性，从地面参照系看，小球9弹出后的斜抛运动是合运动，小球9在水平方向上的匀速直线运动和竖直上抛运动是独立的分运动。由于滑块4的运动速度与小球在水平方向分运动的速度相等，小球仍会落回原处(玻璃球质量较大表面光滑，可忽略空气摩擦力)，从而验证了运动独立性原理。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种验证运动独立性的教学装置，其特征在于：装置的直线导轨上丝杆，所述丝杆一端与步进电机的输出轴固接，所述丝杆穿过滑块上的螺纹孔，所述滑块固定在直线导轨上并可沿直线导轨滑动，所述滑块上方固定有推拉式电磁铁，所述推拉式电磁铁的推杆竖直向上设置，所述推拉式电磁铁的上方固定有上方开口的置物碗，所述置物碗内放置有小球。

2.根据权利要求1所述的验证运动独立性的教学装置，其特征在于：装置设有固定在滑块上的单片机和光电开关，所述光电开关感应直线导轨侧向挡光片信息并经过信号线连接单片机的信号输入端，所述单片机的信号输出端经信号线连接推拉式电磁铁。

3.根据权利要求2所述的验证运动独立性的教学装置，其特征在于：所述直线导轨的两端设有用于感应滑块位置的电磁式接近开关，两个所述电磁式接近开关经信号线连接电机控制器，所述电机控制器经信号线和电源线连接步进电机。

4.根据权利要求3所述的验证运动独立性的教学装置，其特征在于：装置设有用于连接市电的直流降压模块，所述直流降压模块固定直线导轨上，或为与直线导轨分离的独立器件，所述直流降压模块为电机控制器和单片机供电。

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