[实用新型]一种时空描迹仪的电路结构及其构成的二维时空描迹仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种时空描迹仪，具体地说，是涉及一种时空描迹仪的电路结构及其构成的二维时空描迹仪。

背景技术

二维时空描迹仪是一种用于研究物体运动规律的仪器，主要用于教学过程中的物理实验方面，尤其用于物体的自由落体运动轨迹和平抛运动轨迹的实验。其原理是在使运动体产生自由落体运动或平抛运动的同时，以相同的时间为间隔标注运动块的运动轨迹，以测算运动块在垂直方向或水平方向上的速度和加速度等物理量，达到验证物体的运动规律或研究新的运动规律的目的。

在现有的二维时空描迹仪中，平抛运动实验主要有两种方式：（1）用球体通过斜槽轨道进行平抛；（2）用长方体作为运动块，置于平台上，用发射枪推动长方体进行平抛。这两种方式的缺陷在于：前者需要操作者手动描出轨迹，每操作一次描一个点，整个实验大概需要12-20个点，由于每次球体抛出速度均不可能相同，所以实验流程不仅繁琐，而且实验结果误差很大；后者由于运动块受重力作用，在其重心越过平台边缘时会向下翻转，从而产生很大的误差。此外，现有的二维时空描迹仪的计时器都有一个缺陷：计时开始与运动开始不同步，无论是平抛运动还是自由落体运动，其计时器记下的第一个点不是运动开始时速度为零的第一点，并且第一点与其它各点的距离是随机的，这时若仍以g=2hV²/S²和g=2h/t²来求平抛和自由落体运动的重力加速度，则会存在非常大的误差，不利于教学。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种时空描迹仪的电路结构及其构成的二维时空描迹仪，主要解决现有的二维时空描迹仪在做平抛或自由落体运动实验时存在误差大、不能同步计时的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种时空描迹仪的电路结构，包括IC集成块，依次连接的桥式整流电路、限流电阻R3和打点电路，与IC集成块相连接的三端稳压器，以及与该三端稳压器相连接的桥式整流滤波电路，所述打点电路也与IC集成块相连接。

所述IC集成块内部集成有信号发生器、比较器、触发器、同步单元和驱动单元，其中，信号发生器、比较器和触发器均与同步单元连接，该同步单元则与驱动单元连接。

所述打点电路包括与限流电阻R3相连的高压包，与限流电阻R3相连的电容C4，以及与串接在高压包与IC集成块之间的单向可控硅电路。

在上述基础上，本实用新型还提供了由该电路结构构成的二维时空描迹仪，包括设置有箱体和电源开关的底座，安装在底座内部的电路结构，设置在底座上并与电路结构连接的开关控制装置，设置在箱体上并与电路结构连接的运动控制机构，与该运动控制机构连接的打点装置，设置在箱体内部的打点纸，以及设置在打点纸与箱体之间的导电纸。

具体地说，所述开关控制装置包括安装在底座上且均与IC集成块连接的频率选择开关、水平速度选择开关和脉冲开关。

具体地说，所述运动控制机构包括固定在箱体上的控制电磁铁，一端固定在箱体上、另一端固定有贯穿控制电磁铁的连接杆的拉簧，以及固定在该连接杆上的金属片和发射电磁铁；所述控制电磁铁位于金属片与发射电磁铁之间，并且所述控制电磁铁和发射电磁铁均通过接插件连接器与桥式整流滤波电路连接。

进一步地，所述开关控制装置还包括设置在底座上的复位开关，该复位开关与IC集成块连接且还连接于三端稳压器与IC集成块之间的电路。

具体地说，所述打点装置包括通过电磁吸附方式连接在发射电磁铁上的运动体，以及固定在该运动体上的金属放电针。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型原理简单，实验流程简洁，使用方便。

（2）本实用新型的电路结构清晰明了，一方面，市电电流经过整流后，可以使高压包放电打点；另一方面，变压器通过变压输出电流，然后经整流、滤波和稳压后可以驱动IC集成块工作，从而判断运动块的初始运动位置和运动状态，并实现同步计时。

（3）本实用新型在运动体上加装软磁材料，在描迹仪通电后运动体可以吸附在发射电磁铁上，当发射电磁铁关断瞬间，运动体同步失去磁性只受重力作用，从而实现了运动体平抛运动和自由落体运动，其设计方式非常巧妙，打点计时精确、同步，无论重复几次实验，其实验结果均保持了良好的一致性，因而本实用新型可以更直观、明了地得出两种运动的物理规律。