CN210925132U - 一种单摆实验装置及轨迹记录装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单摆实验装置及轨迹记录装置，涉及教学实验用具技术领域，轨迹记录装置包括壳体、安装于壳体内的传送机构、驱动传送机构的驱动机构、以及覆于传送机构表面的显色纸；所述壳体顶部开口露出显色纸；所述显色纸通过接收光发射器发出的特定波长的光而显色。单摆实验装置，包括所述的轨迹记录装置、设于所述壳体一端的挂杆、安装于挂杆上的两条细绳、以及悬挂于两条细绳之间的光发射器；所述光发射器位于所述轨迹记录装置的上方。本实用新型采用具有传送功能的显色纸，能自动记录连续周期内的单摆轨迹，不需要人工计时计数，误差小，实验精度高，实验操作十分简单；同时可以做到实时显示，能使实验过程实验现象更加高效直观。

Description

一种单摆实验装置及轨迹记录装置

技术领域

本实用新型涉及，尤其涉及一种单摆实验装置及轨迹记录装置。

背景技术

单摆是一种理想的物理模型，它由理想化的摆球和摆线组成，摆线由质量不计、不可伸缩的细线提供；摆球密度较大，而且球的半径比摆线的长度小得多，这样才可以将摆球看做质点，由摆线和摆球构成单摆。在满足偏角<10°的条件下，单摆的周期t=2π*sqr（l/g）。从公式中可看出，单摆周期与振幅和摆球质量无关．从受力角度分析，单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力，偏角越大，回复力越大，加速度越大，在相等时间内走过的弧长也越大，所以周期与振幅、质量无关，只与摆长l和重力加速度g有关。

因此，只要能测定出单摆的摆长和对应的振动周期，就可计算出重力加速度g。传统的单摆实验中采用人工计时、计数的方法，操作不方便，而且在精度上存在很大的误差，不能满足现在测量和教学的需要。

基于此，本案由此产生。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种单摆实验装置及轨迹记录装置。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种轨迹记录装置，包括壳体、安装于壳体内的传送机构、驱动传送机构的驱动机构、以及覆于传送机构表面的显色纸；所述壳体顶部开口露出显色纸；所述显色纸通过接收光发射器发出的特定波长的光而显色。

作为优选，所述传送机构采用皮带传送装置，所述显色纸覆于皮带的表面。

作为优选，所述驱动机构设有调速电路和转向控制器，通过调速电路控制驱动机构的速度，通过转向控制器控制驱动机构转向。

一种单摆实验装置，包括上述的轨迹记录装置，还包括设于所述壳体一端的挂杆、安装于挂杆上的两条细绳、以及悬挂于两条细绳之间的光发射器；所述光发射器位于所述轨迹记录装置的上方。

作为优选，所述光发射器包括外壳和设置在外壳内的光电模块；所述外壳上设有软磁材料，所述两条细绳的端部均设有硬磁块，硬磁块可以与光发射器外壳上的软磁材料吸合。

作为优选，所述挂杆高度可调节。

本实用新型的工作原理：开始做实验时，摆动光发射器，光发射器带动两条细绳做单摆运动，通过传送机构，在显色纸上留下轨迹。实验完成后可拍照或者直接分析。由于本实用新型显色纸表面涂有光变效应材料，在波长10至400nm的紫光照射下可变色，光发射器在摆动过程中，发出波长10至400nm的紫光，因此可以在显色纸上留下密集的点，可以显示下落的轨迹。

本实用新型能实现如下技术效果：

（1）本实用新型的显色方式为非接触式，实验结果没有误差，使结果更加精准；同时可以做到实时显示，能使实验过程实验现象更加高效直观；而且实验操作十分简单，采用具有传送功能的显色纸，能自动记录连续周期内的单摆轨迹，不需要人工计时计数，误差小，实验精度高。

（2）本实用新型实验完成后可拍照或者直接分析，可以提高学生实验的体验性。

（3）涂有光变效应材料的基材（本实用新型中的显色纸），在光变显色后，可以持续10-30秒的荧光点，同时留下1-3分钟的紫色轨迹点。荧光点比较明显，方便观察，紫色轨迹点留点时间长，方便后期分析。留下的点会逐渐褪去直至消失，因此材料可以重复使用，无需更换，十分经济。

附图说明

图1为本实施例一种单摆实验装置的立体结构示意图；

图2为本实施例一种轨迹记录装置的内部结构示意图；

图3为本实施例控制电机转向和速度的电路模块框图。

标注说明：轨迹记录装置1，壳体11，显色纸12，皮带13，滚轮14，电机15，电路板16，挂杆2，细绳3，硬磁块4，光发射器5，软磁材料51，光发射口52。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：

如图1和2所示，本实施例的一种轨迹记录装置1，包括壳体11、安装于壳体11内的传送机构、驱动传送机构的驱动机构、以及覆于传送机构表面的显色纸12；壳体11顶部开口露出显色纸12；显色纸12通过接收光发射器5发出的特定波长的光而显色。采用具有传送功能的显色纸12，能自动记录连续周期内的单摆轨迹，不需要人工计时计数，误差小，实验精度高；而且操作简单。

本实施例的显色纸12（显色纸12上涂有光变效应材料）和光发射器5参考本申请人在之前申请的申请号为“201811248279.X”名称为“一种光变效应材料、显色方法、显色装置及应用”专利中的光发射器5和光变效应材料。

在本文进行简单描述：光变效应材料主要由以下按重量计的组分组成：60%-90%的UV感光变色粉和10%-40%的荧光粉。光发射器5包括供电单元、主控单元、与主控单元相连的功率控制单元、以及与功率控制单元相连的激光发射单元，主控单元控制功率控制单元向激光发射单元发出发射指令，使激光发射单元发出波长为10-400nm的紫光。

显色方法为：将光变效应材料作为涂层均匀涂抹于基材上，光发射器5向涂有涂层的基材（即本实施例中的显色纸12）发出设定波长的光，使基材被照射处显色。

UV感光变色粉和荧光粉在波长10至400nm的紫光照射下可变色。光发射器5在运动过程中，发出波长10至400nm的紫光，在涂有光变效应材料的基材（显色纸12）上，留下密集的点，因此可以显示物体运动轨迹。在光变显色后，可以持续10-30秒的荧光点，同时留下1-3分钟的紫色轨迹点。荧光点比较明显，方便观察，紫色轨迹点留点时间长，方便后期分析。留下的点会逐渐褪去直至消失，因此材料可以重复使用，十分经济。实验完成后可拍照或者直接分析，也可以连接至电脑，通过软件清楚直观地分析。

本实施例优选的，传送机构采用皮带13传送装置（包括滚轮14、皮带13、电机15），显色纸12覆于皮带13的表面。电机15带动其中一个滚轮14转动，该滚轮14带动皮带13运动，从而实现传动。

本实施例优选的，驱动机构（电机）设有调速电路和转向控制器，通过调速电路控制驱动机构（电机）的速度，通过转向控制器控制驱动机构（电机）转向。其控制原理模块框图如图3所示，控制电机调速和转向所用到的电路控制均系非常成熟的现有技术，此处不再赘述。可以根据实验需要，进行调速，满足实验多样化的验证需求。

本实施例的一种单摆实验装置，包括上述的轨迹记录装置1，还包括设于壳体11一端的挂杆2、安装于挂杆2上的两条细绳3、以及悬挂于两条细绳3之间的光发射器5；光发射器5位于轨迹记录装置1的上方。开始做实验时，摆动光发射器5，光发射器5带动两条细绳3做单摆运动，通过传送机构，在显色纸12上留下轨迹。实验完成后可拍照或者直接分析。

本实施例优选的，光发射器5包括外壳51和设置在外壳51内的光电模块；外壳51上设有软磁材料52，两条细绳3的端部均设有硬磁块4，硬磁块4可以与光发射器5外壳51上的软磁材料52吸合。通过硬磁块4吸合，可以随时并且很轻松地将光发射器5取下，便于实验装置的调整和移动。

本实施例优选的，挂杆2高度可调节。如图2所示，采用伸缩杆，并通过设有旋钮的螺杆紧固。可根据实验需要，改变单摆的高度进行验证，因此，挂杆2高度可调节可以满足多样化实验需求。

以上内容是结合本实用新型的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施只局限于上述这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种轨迹记录装置，其特征在于：包括壳体、安装于壳体内的传送机构、驱动传送机构的驱动机构、以及覆于传送机构表面的显色纸；所述壳体顶部开口露出显色纸；所述显色纸通过接收光发射器发出的特定波长的光而显色。

2.如权利要求1所述的一种轨迹记录装置，其特征在于：所述传送机构采用皮带传送装置，所述显色纸覆于皮带的表面。

3.如权利要求1所述的一种轨迹记录装置，其特征在于：所述驱动机构设有调速电路和转向控制器，通过调速电路控制驱动机构的速度，通过转向控制器控制驱动机构转向。

4.一种单摆实验装置，包括权利要求1所述的轨迹记录装置，其特征在于：还包括设于壳体一端的挂杆、安装于挂杆上的两条细绳、以及悬挂于两条细绳之间的光发射器；所述光发射器位于所述轨迹记录装置的上方。

5.如权利要求4所述的一种单摆实验装置，其特征在于：所述光发射器包括外壳和设置在外壳内的光电模块；所述外壳上设有软磁材料，所述两条细绳的端部均设有硬磁块，硬磁块可以与光发射器外壳上的软磁材料吸合。

6.如权利要求4所述的一种单摆实验装置，其特征在于：所述挂杆高度可调节。

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