[实用新型]一种平抛运动实验仪

说明书

(一)技术领域

本实用新型是一种物理实验演示设备属于教学教具类的仪器。特别涉及力学中的平抛运动实验仪。

(二)背景技术

平抛运动是中学物理的重要教学内容。利用平抛运动实验仪来观察和探究平抛运动的现象和规律，不失为一种简单实用的实验方法。随着教学改革的不断深化，尤其是要求实现教学仪器的信息化、数字化和智能化的态势。如何将平抛运动的轨迹图象通过数字化实验系统在计算机上正确直观且迅速地显示出来，已成为教学演示和学生实验的重要内容。

目前教学上所采用的平抛运动实验仪主流产品，主要是利用一钢球从安装在面板左上方的斜轨上抛出后落下，来观察它的运动状态。具体构成主要有以下几种方式：

一是通过在实验仪面板面上贴一张复写纸下面衬以白纸，当钢球下落在底板面上时手压钢球，使纸上留下一印记，然后移动底板高度反复做几次实验，通过纸上的这些印记，描绘出平抛运动的轨迹。

二是在钢球抛出口位置上加一个光电门传感器和在底板处加一个接触传感器。用光电门传感器测出钢球平抛运动的初速度，在钢球的落点处通过接触式传感器测得钢球的运行时间，再用刻度尺量出落点处水平和竖直方向上的位移。从而证明平抛运动是由自由落体运动和匀速直线运动的结果。

三是用钢球做平抛运动时，用频闪摄影机拍出摄影照片。可以看出钢球的运动轨迹等。

上列这些仪器以及除此以外在此基础上变型的多种平抛运动实验仪，均存在一些影响实验效果的缺陷，且难以在短时间内自动描绘出平抛运动的运行轨迹，更难以正确地验证平抛运动的公式：

实验仪一，仅能用人工方法粗略地描绘出平抛运动的抛物线轨迹，难以说明其平抛运动是竖直方向上的自由落体运动和水平方向上的匀速直线运动合成结果。

实验仪二，采用了光电门和接触式传感器，可以测得钢球初速度和抛落的时间，从而可输入计算机，绘出平抛运动的图象。但它采用的接触式传感器需要人工方式凑准钢球落点而不断移动，难以正确定位，水平和竖直方向的位移也需要通过标尺量得，影响实验误差且费时费力。

实验仪三，用频闪摄像机拍出钢球下落过程，不仅能从照片上看出钢球平抛运动的抛物线轨迹，而且能利用另一个同步做自由落体运动钢球的机构，使其与平抛运动钢球同时释放，从而也能从照片上看出两者合成的结果。但这类轨迹图线需要做后期处理，只适宜于教师作定性的演示实验，难以做定量的分析，更不便作为学生实验使用。

(三)发明内容

本发明的目的是拟提供一种定量分析的实验数据，既有直观图象的定性描述，且实时呈现、操作简便、节约课时，充分体现出数字化和智能化优势的实验仪。

本实用新型的发明目的可以通过以下技术方案来实现：

一种平抛运动实验仪，其特征在于，在呈水平的底座21上垂直设立直面板8，在直面板8的左右两侧垂直设立左立柱7和右立柱12，在两立柱上分别套置可上下移动的左滑块6和右滑块17，并由左、右定位件5、16作旋紧固定，左立柱7连接电源负/正极，右立柱12连接电源正/负极；

由滑块6和17水平支撑水平电阻芯棒18以及与水平电阻芯棒18平行且位于其上方的长弹簧15，水平电阻芯棒18的左右两端分别与左右立柱7和12接触电连接；

与左立柱7平行设置，且同套置于左滑块6内的垂直电阻芯棒4和左导柱3，相互接触电连接，左导柱3连接垂直电压传感器的一端，垂直电阻芯棒4的上端与左立柱7电连接，垂直电阻芯棒4的下端连接电源正/负极；

与右立柱12平行设置，同套置于右滑块17内的右导柱13与长弹簧15的右端接触电连接，且连接水平电压传感器的一端；

垂直电压传感器和水平电压传感器的另一端均连接电源负/正极；

在直面板8的左上方固定一斜向斜轨10，斜轨10上方装有电磁铁9，钢球14被吸附在电磁铁9上，在斜轨10的抛射口安装呈门字形的光电门传感器11。

进一步，所述的接触电连接为，相互间由微型压簧或簧片压迫连接。采用此结构，当滑块在立柱或导柱上上下移动时，能保证相应的电阻芯棒、导柱、立柱、长弹簧之间的接触连接。

进一步，所述的电压传感器连接、电源连接由设置在底座21上的接线柱19转连接。据此，接线清晰规范，操作使用方便。

进一步，所述的左、右定位件5、17为螺钉，将滑块固定在立柱上。据此，滑块固定结构简单，固定方式可靠。

进一步，所述的左、右定位件5、17为弹性撑块。由弹簧或簧片弹性件支撑在滑块槽孔与立柱之间，移动时，由实验者手工克服弹性力可上下移动，到达需要位置，释放压迫力，弹性件恢复弹力将滑块支撑固定在立柱的需要位置上，此结构使用便捷。