[实用新型]直线运动轨迹显示器

说明书

本实用新型属于普通物理实验的技术领域。

目前，在直线运动(包括自由落体运动，下同)的实验方法上，可分为二大类。

第一类方法是二点时间测量法，从运动轨迹中取二个测量点，安上光电门和数字计时器，这类方法又可分为二种方式：一种方式是测量物体经过这二个点附近处的极短时间，从而求出运动物体经过这二个点的瞬时速度和加速度；另一种方式是测量运动物体从静止开始到这二个点的时间，直接计算出加速度，这种方式适合初速度为零的匀加速直线运动，如用自由落体运动测定重力加速度。

第二类方法是等时离散描迹法，这类方法有多种方式：常用的方式有电磁打点计时器“打点”描迹、电火花计时器“打孔”描迹、电动音叉周期性“划波”描迹、液点计时器“喷液”描迹和频闪照像“留影”描迹等。

两类方法的实验都需要摩擦力很小的导轨。

两类方法的比较：第一类方法的优点是实验准备、组合简单，操作方便，实验数据少，计算简便，缺点是不能记录运动轨迹，只有在测时后才能计算出瞬时速度和加速度，因此，不具有直观性，不适宜作演示设备。第二类方法可以在相应载体上记录下等时离散的轨迹点，从轨迹点的分布上就可直观的、形象的、定性的看出运动速度变化的快慢，用逐差法处理离散轨迹点间的数据，便可求得加速度和瞬时速度，准确度高。该方法的缺点是实验准备、组合复杂，需要专用描迹装置，每实验一次都要重新装置专用的描迹载体，有的描迹过程存在一定的描迹摩擦，操作过程也较为复杂。例如用频闪照相法实验，设备的组合和操作过程均复杂，结果只能等照片冲洗出来后才能看出，显然，这种方法不能推广为学生实验，也不能在课堂上演示。

本实用新型的目的在于克服上述实验方法的缺点，提供一种依靠光电探测和电光显示技术实现的一种直线运动轨迹显示器。

经河南省专利代理中心文献室光盘检索，截止到1997年底，国内还没有类似本实用新型的专利记载。

本实用新型的任务是提供一种依靠运动光束照射、光子探测器件传感、电光显示器件发光显示、具有记忆功能的直线运动轨迹显示器。它能够形象、直观、瞬时、醒目显示并记忆移动光标运动全过程的连续轨迹或离散轨迹。离散的时间间隔是相等的并且可调，可适用较大的速度范围。它的功能经组合可以两用：一是安放在气垫导轨上，可显示气垫导轨上运动物体连续和离散的轨迹，从而得出路程数据，求出加速度和瞬时速度等运动参数；二是可独立组合为自由落体运动实验仪，可显示自由落体运动的连续或离散轨迹，从而求出重力加速度和瞬时速度。

本实用新型结合附图中的实施例作进一步说明：

图1是该仪器安在气垫导轨上的总体结构正面示意图；

图2是图1的横面内部结构示意图；

图3是图1的正面内部结构示意图；

图4是该仪器组合为自由落体运动实验仪的总体结构示意图；

图5是图4的横面内部结构示意图；

图6是该仪器的电路原理方框图；

图7是该仪器的电子线路图；

图8是该仪器的工作波形图。

附图中零部件和电路方框图序号：

[1]．光电探测显示板    [2]．电光显示器件     [3]．标尺

[4]．光子探测器件      [5]．移动光标         [6]．聚光器

[7]．光源              [8]．电池组           [9]．光阑

[10]．光束             [11]．气垫导轨        [12]．电磁铁

[13]．连接件           [14]．电缆线          [15]．控制器

[16]．自由落体导轨     [17]．缓冲装置        [18]．底座

[19]．脉冲振荡电路     [20]．同步触发电路    [21]．电磁铁控制电路

[22]．开关门电路       [23]．反馈斩除电路后级[24]．光电探测显示电路

本实用新型直线运动轨迹显示器由光电探测显示板[1]、控制器[15]、移动光标[5]和连接件[13]组成。

移动光标[5]由电池组[8]、光源[7]、聚光器[6]、光阑[9]组成。可辐射出厚度小于d、宽度大于d的扁平光束[10]，用来照射光子探测器件[4]。移动光标[5]的结构造型可使其悬浮在气垫导轨[11]上滑行，也可放在自由落体导轨[16]内自由下落。图2和图3的下半部是移动光标[5]与气垫导轨[11]之间的结构示意图，图5的下半部是移动光标[5]与自由落体导轨[16]之间的结构示意图。