专利名称：《平抛运动》演示器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种供高中物理教材中《平抛运动》演示实验的教学仪器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在边长约40cm，厚约1cm的正方形铁板的背面焊接上支架和底座，底座上加装可调螺钉，以便调节铁板使之竖直、端正，同时在铁板背面焊接两个提手，以备搬动。然后再在铁板的边缘上紧套上硬塑料制作的绝缘骨架，再在绝缘骨架上多层密绕适当线径、适当匝数的漆包线，这样就做好了一个巨型电磁铁。这样做成的巨型电磁铁通电后，铁板就成了一个磁体，这个磁体表面的中间区域的磁场近似为匀强磁场，其磁感线与铁板表面近似垂直。所以在铁板竖直放置的情况下，当有铁球靠近铁板表面的中间区域运动时会对铁球产生一个强大的磁场力，并且该磁场力与铁板表面近似垂直，当然也与铁球运动的速度方向近似垂直，因此这个力基本上不影响铁球在竖直平面内的运动情况。
为了证明做平抛运动的铁球在竖直方向上做自由落体运动，采取的措施是让铁球做平抛运动的同时，让另外一个铁球做自由落体运动，比较它们的运动轨迹。为此，在巨型电磁铁前面的左上方固定一个平抛轨道，并在轨道的底端固定一个光电门(即在平抛轨道的底端的两侧分别固定一个发光管和一个光电管)，右上方与平抛轨道的底端的同一水平线上固定一个小电磁铁，用来吸引另一个铁球。当铁球从平抛轨道上滚下并通过光电门做平抛运动的同时，通过光电门电路给巨型电磁铁通上脉动电流，并使小电磁铁释放另一个铁球做自由落体运动。如果在巨型电磁铁表面依次附着上一张带有方格的白纸和一张复写纸，那么两个分别做平抛运动和做自由落体运动的铁球就会通过复写纸在方格纸上留下一连串的痕迹。
光电控制电路是通过220V的交流电通过变压器降压，四个二极管桥式整流，电容滤波供电的。光电门是在平抛轨道的底端的两侧分别固定一个发光管和一个光电管，当做平抛运动的小铁球运动到它们之间时，它就遮挡了发光管射向光电二极管的光线，光电二极管的电阻随之发生变化，于是使一个PNP型三极管导通，同时给两个单向晶闸管提供了触发电流，两个单向晶闸管被触发导通后，一个单向晶闸管控制一个电磁继电器而断开小电磁铁的电源，使小电磁铁释放小铁球而做自由落体运动，另一个单向晶闸管接通巨型电磁铁的电源而通上脉动电流，产生间歇的强磁场。
光电控制电路的元件组装在一块线路板上，放在一个金属盒中以方便实验过程中的操作。
本实用新型的有益效果是，不仅能证明做平抛运动的铁球在竖直方向上做自由落体运动的结论，而且也能很好的证明铁球在水平方向上做匀速直线运动的结论。
以下结合附图对本实用新型进一步说明
图1是巨型电磁铁的正视图。
图2是巨型电磁铁的侧视图。
图3是整个装置的主视图。
图4是光电控制电路的电路原理图。
图5是红色方格白纸图6是带有痕迹的红色方格纸。
图中1.铁板，2.绝缘骨架，3.支架，4.提手，5.漆包线，6.可调螺钉，7.底座，8.光电管D1，9.发光管D2，10.平抛轨道，11.定位板，12.铁球A，13.铁球B，14.小电磁铁L2，15.复写纸，16.红色方格白纸，17.重锤线，18.金属盒，19.电源开关。
在图3中，在巨型电磁铁前面的左上方固定一个平抛轨道(10)，轨道(10)的底端挂一个重锤线(17)，并固定一个光电门(即在平抛轨道(10)的底端的两侧分别固定一个发光管D2(9)和一个光电管D1(8))。右上方与平抛轨道(10)的底端的同一水平线上固定一个小电磁铁L2(14)，用来吸引另一个铁球B(13)。巨型电磁铁表面依次附着上一张带有方格的白纸(16)和一张复写纸(15)。
在图4中，220V的交流电通过9V的变压器降压，二极管D3～D6桥式整流，电容C滤波，就得到了约12V的直流电压，该电压就是光电控制电路的供电电源。12V的电压经过光电管D1(8)，电阻R1分压后为三极管BG的基极提供基极电压；还经过稳压管DW降压后给三极管BG的射极提供射极电压。当发光管D2(9)发出的光射入光电管D1(8)的顶端窗口时，光电管D1(8)的反向电阻很小，仅几百欧左右，而三极管BG的下偏置电阻R1较大，所以三极管BG基极电压较高，接近电源电压12V，而射极电压是通过稳压管DW降压后得到的，射极电压较底，所以三极管BG的发射结反偏截止，使射极暗电流降底到最低限度。这样单向晶闸管SCR1、SCR2无触发电流而处于截止壮态。此时巨型电磁铁L1、电磁继电器J中均无电流，由于电磁继电器J开关处于常闭壮态，所以小电磁铁L2(14)中有电流，这时可以让它吸引一个铁球B(13)。
当做平抛运动的铁球A(12)通过发光管D2(9)和光电管D1(8)之间的瞬间时，发光管D2(9)发出的光不能射入光电管D1(8)的顶端窗口，从而使光电管D1(8)中的反向电阻急剧增大到200K以上，这样电源电压通过光电管D1(8)和下偏置电阻R1分压后，三极管BG的基极电压很底，在射极电压以下，于是三极管BG的发射结正偏导通，从而通过电阻R4、R5触发单向晶闸管SCR1、SCR2使其导通。
单向晶闸管SCR1被触发导通后，单向晶闸管SCR3继而也被触发导通，由于单向晶闸管SCR3被触发导通后，220V的交流电通过二极管D7整流，所以通过巨型电磁铁L1的电流是单向脉动电流。由于交流电的频率是50Hz，所以脉动电流的周期是0.02秒。单向晶闸管SCR2被触发导通后电磁继电器J动作而使常闭开关断开，从而切断小电磁铁L2(14)的电流，达到控制释放铁球B(13)的目的。
把组成光电控制电路的元件组装在一块线路板上，放入一个金属盒(18)中，以方便实验过程中的操作。
操作步骤和方法1、首先用红色粗线条的笔画一张方格纸(16)，如图5所示，待实验用。
2、实验时，调节巨型电磁铁L1底座(7)上的可调螺钉(6)，参照重锤线(17)，把铁板(1)调节竖直，轨道(10)末端水平。然后把上述制作的方格纸(16)和一张复写纸(15)依次附着在铁板(1)上，四角可用小磁铁(或透明胶带)固定，并使方格纸(16)上的竖直线与重锤线(17)平行。
3、闭合光电控制电路的电源开关，发光管D2(9)发光，此时晶闸管SCR1、SCR2均处于截止状态，所以巨型电磁铁L1中无电流，而小电磁铁L2(14)中有电流。这时再把铁球B(13)放到小电磁铁L2(14)的下端被其吸住。
4、把从导轨(10)的定位板(11)处从静止释放，于是铁球A(12)将沿轨道(10)向下运动。当运动到光电门处时，铁球B(13)被释放而做自由落体运动。220V的交流电通过二极管D7整流后，单向脉动电流就通入了巨型电磁铁L1。每当脉冲到来时，巨型电磁铁L1就会产生一个强大的磁场力来吸引铁球A(12)和铁球B(13)，使两铁球通过铁板(1)、方格纸(16)挤压复写纸(15)，从而在方格纸(16)上留下痕迹。由于巨型电磁铁L1对两铁球的作用力与两球的运动速度方向垂直，所以它基本不影响两球在竖直平面内的运动情况。于是两铁球在下落的过程中，在方格白纸(16)上留下一连串的时间间隔均为0.02S的痕迹。
5、关闭光电控制电路的电源开关，取下方格纸(16)，其形状如图7所示。从图中可以看出(1)相同时刻两球的痕迹均在同一水平线上，说明做平抛运动的铁球A(12)在竖直方向上与做自由落体运动的铁球B(13)在竖直方向上的运动情况完全相同，说明做平抛运动的铁球A(12)在竖直方向上做的是自由落体运动；在铁球A(12)留下的一连串的痕迹中，每相邻的两痕迹间的水平距离相等，说明做平抛运动的铁球A(12)在水平方向上做的是匀速直线运动。
权利要求1.一种《平抛运动》演示器，主要包括竖直放置的巨型电磁铁、平抛轨道、光电门、小电磁铁，其特征是平抛轨道在巨型电磁铁的左上方，小电磁铁在巨型电磁铁的右上方。
2.根据权利要求1所述的《平抛运动》演示器，其特征是光电门在平抛轨道的底端。
专利摘要一种《平抛运动》演示器。它是在一个竖直放置的巨型电磁铁的右上方固定一个平抛轨道，平抛轨道的底端固定一个光电门，左上方固定一个小电磁铁。光电门电路是通过控制三极管去触发两个单向晶闸管，再来控制小电磁铁和巨型电磁铁的电源。实验时，在巨型电磁铁前面依次附着上红色方格纸和复写纸，实验后就会在红色方格纸上留下一连串的痕迹，通过红色方格纸上留下的痕迹就可证明做平抛运动的铁球在竖直方向上做的是自由落体运动，水平方向上做的是匀速直线运动。
文档编号G09B23/10GK2521683SQ01273838
公开日2002年11月20日 申请日期2001年11月7日 优先权日2001年11月7日
发明者阎万祥 申请人:阎万祥