多功能物理探究实验演示仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于教学用具领域，具体涉及一种多功能物理探宄实验演示仪。
【背景技术】
[0002]初中课本中对探宄牛顿第一定律采用的是让小球在同一高度的斜面上滚动下来，观察在不同材质的水平面上停下的距离，得到的结论是在越光滑的水平面上，小球运动的距离越远，最后通过逻辑推理得出，若水平面为光滑的，小球将一直做匀速直线运动下去。但是，这始终是一个假想实验，没有现实的依据，学生很难打破存在脑海中的前科学概念——认为力是维持物体运动的原因。高中课本中通过物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒。但是该实验用到打点计时器计算速度很麻烦，纸带与打点计时器间存在很大的摩擦力，导致测量结果有一定的误差。高中课本中对于动能定律的验证是通过几根橡皮筋做功使小车获得速度，同时又由打点计时器和纸带测出速度。该实验在高中教学中很难成功，通常老师都没有验证动能定理。由此，笔者设计出多功能物理探宄实验演示仪。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的是提供一种多功能物理探宄实验演示仪，可在很大程度上还原光滑水平面的情况，帮助学生理解牛顿第一定律，同时，该演示仪，还可以探宄机械能守恒定律和动能定律。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]多功能物理探宄实验演示仪，包括一段竖直设置的弧形导轨和一段水平设置的气垫导轨，所述弧形导轨和气垫导轨上均设置有小球滚动滑槽，所述水平气垫导轨上还设置有小球感应装置，所述水平气垫导轨远离弧形导轨的一侧还设置有弹簧挂钩，所述演示仪还包括设置在弧形导轨一侧用于测量小球初始高度的高度尺和设置在气垫导轨一侧用于测量小球水平运动距离的水平刻度尺，所述水平气垫导轨上表面还设置有多个均匀分布的通气孔，所述高度尺为一个可伸缩的刻度尺，该刻度尺可左右滑动的设置在一个滑动轨道内，所述滑动轨道设置在弧形轨道的下方并且一端与水平气垫导轨连接。
[0006]进一步，所述小球感应装置包括光敏电阻、非门模块、LED灯和单片机，所述LED灯一端与光敏电阻相连接，另一端与单片机连接，光敏电阻另一端与非门相连接，非门的另一端与单片机相连接，构成闭合回路。
[0007]进一步，所述单片机为STC89C52RC单片机。
[0008]进一步，所述单片机的Vcc端口与开关相连接，开关与5V的电源的正极相连接，5V的电源的负极与单片机的Gnd端口相连接。
[0009]进一步，所述弧形导轨的小球滚动滑槽表面涂有光滑材料。
[0010]进一步，所述水平刻度尺固定在水平气垫导轨正前方。
[0011]进一步，所述气垫导轨的右侧外端还设置有控制器，所述控制器外部有两个按钮，一为气垫导轨开关，二为LED灯控制开关。
[0012]进一步，所述水平气垫导轨的尾端还设置有出气导管，所述出气导管与气源相连接。
[0013]本发明的有益效果是:本发明结构简单，使用方便，功能多样化，可同时探宄牛顿第一定律、机械能守恒定律、动能定理。同时使得获取实验数据更加简洁、准确，改进了高中课本中的打点计时器和纸带试验的不足，该演示仪操作简便，LED灯的测速方式新颖有趣。
[0014]本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研宄对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
【附图说明】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:
[0016]图1为本发明的结构示意图；
[0017]图2为本发明的剖面结构示意图；
[0018]图3为本发明的电路图。
【具体实施方式】
[0019]以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0020]如图所示，本实施例的演示仪包括弧形导轨1、高度尺2、滑动轨道3、水平刻度尺
4、水平气垫导轨5、LED灯6、控制器7、弹簧8、感应器9、单片机10和出气导管11。在实际使用过程中，探宄牛顿第一定律的演示方法:在水平气垫导轨内层上表面铺用不同材质的面料，改变导轨的粗糙程度。让小球从弧形导轨上由静止滚下，观察小球在水平导轨上运动的距离和LED灯亮起的情况。其后进行第二组对比实验。去掉改变水平气垫导轨粗糙程度的面料，开启气垫导轨开关，此时右边的水平气垫导轨相当于光滑水平面，小球将做匀速直线运动。水平气垫导轨前的刻度尺可以测量出物体运动的距离。相邻两个亮起的LED灯的时间间隔一定，数出亮起的LED灯，即可算出物体运动的时间。由此可以计算出物体做匀速运动的速度的大小。
[0021]探宄机械能守恒定律的演示方法:将小球至于弧形导轨上某处，利用滑动刻度尺测量出小球所处的高度，记录下来。开启气垫导轨开关和LED灯控制开关，将小球静止释放。小球在水平气垫导轨上做匀速直线运动，利用LED灯装置测量出小球的运动速度。由，即可验证机械能守恒定律。
[0022]此外，探宄动能定理的演示方法:开启气垫导轨开关和LED灯控制开关，一弹簧固定于挂钩处，小球压缩弹簧，由静止释放。利用LED灯装置测量出小球的运动速度。再添加一根同样的弹簧固定于挂钩处，用同样的方法测量小球速度。同理，添加第三根同样的弹簧。弹簧各次做的功为W、2W、3W，通过多次测量即得到功与速度的关系。
[0023]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:包括一段竖直设置的弧形导轨和一段水平设置的气垫导轨，所述弧形导轨和气垫导轨上均设置有小球滚动滑槽，所述水平气垫导轨上还设置有小球感应装置，所述水平气垫导轨远离弧形导轨的一侧还设置有弹簧挂钩，所述演示仪还包括设置在弧形导轨一侧用于测量小球初始高度的高度尺和设置在气垫导轨一侧用于测量小球水平运动距离的水平刻度尺，所述水平气垫导轨上表面还设置有多个均匀分布的通气孔，所述高度尺为一个可伸缩的刻度尺，该刻度尺可左右滑动的设置在一个滑动轨道内，所述滑动轨道设置在弧形轨道的下方并且一端与水平气垫导轨连接。
2.根据权利要求1所述的多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:所述小球感应装置包括光敏电阻、非门模块、LED灯和单片机，所述LED灯一端与光敏电阻相连接，另一端与单片机连接，光敏电阻另一端与非门相连接，非门的另一端与单片机相连接，构成闭合回路。
3.根据权利要求2的多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:所述单片机为STC89C52RC 单片机。
4.根据权利要求2的多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:所述单片机的Vcc端口与开关相连接，开关与5V的电源的正极相连接，5V的电源的负极与单片机的Gnd端口相连接。
5.根据权利要求1所述的多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:所述弧形导轨的小球滚动滑槽表面涂有光滑材料。
6.根据权利要求1所述的多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:所述水平刻度尺固定在水平气垫导轨正前方。
7.根据权利要求1所述的多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:所述气垫导轨的右侧外端还设置有控制器，所述控制器外部有两个按钮，一为气垫导轨开关，二为LED灯控制开关。
8.根据权利要求1所述的多功能物理探宄实验演示仪，其特征在于:所述水平气垫导轨的尾端还设置有出气导管，所述出气导管与气源相连接。
【专利摘要】本发明公开了一种多功能物理探究实验演示仪，包括一段竖直设置的弧形导轨和一段水平设置的气垫导轨，所述弧形导轨和气垫导轨上均设置有小球滚动滑槽，所述水平气垫导轨上还设置有小球感应装置，所述水平气垫导轨远离弧形导轨的一侧还设置有弹簧挂钩，所述演示仪还包括设置在弧形导轨一侧用于测量小球初始高度的高度尺和设置在气垫导轨一侧用于测量小球水平运动距离的水平刻度尺。本发明可在很大程度上还原光滑水平面的情况，帮助学生理解牛顿第一定律，同时，该演示仪还可以探究机械能守恒定律和动能定律。
【IPC分类】G09B23-10
【公开号】CN104835389
【申请号】CN201510274087
【发明人】邹漪, 顾培皓, 陈晓莉
【申请人】西南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月26日