一种探究物体运动的实验装置的制作方法

本发明涉及物理实验技术领域，尤其涉及一种探究物体运动的实验装置。

背景技术：

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科,是以实验作为检验理论正确性的唯一标准的学科。目前探究物体运动的实验装置平抛仪大多是通过肉眼对运动轨迹进行观察，无法使学生可以直观的观察出物体的运动轨迹，为了进一步的使运动轨迹清晰的呈现在学生眼前，会在现有的运动物体上设置一根画笔，当其运动时，在平抛仪的背板上画出轨迹，以便于学生的观察，但是由于画笔与背板的摩擦力往往会导致运动物体的运动轨迹发生偏移，使实验发生较大误差，同时由于摩擦力的存在，使背板上画出的轨迹断断续续，严重影响学生对实验结果的判断。

技术实现要素：

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种探究物体运动的实验装置，包括竖直设立于基座上的背板，活动设于背板上的热敏纸，至少一个设于背板一侧边缘上的轨道，至少一个滑动设于轨道上且内部设有激光发射装置的运动件。

优选地，所述轨道包括坡道，以及与坡道底部一体设置的水平道；所述的坡道顶端设有第一电磁开关。

优选地，所述轨道的末端还设有启动计时的控制开关，以及用于测量所述运动件的速度的测速件；

和/或；

所述轨道的末端还设有启动激光发射的挡光件。

优选地，所述运动件包括内部设有空腔的本体，设于本体底部且用于与所述轨道滑动连接的轮毂，设于本体内部的激光发射装置，以及用于控制激光发射时长的定时开关。

优选地，还包括用于调整所述轨道的形态的调节组件；

和/或；

还包括计算运动件运动时间的计时器；

和/或；

还包括设于所述水平道上且便于计算所述运动件行走距离的水平尺。

优选地，所述调节组件包括贯通设于所述背板上且呈弧形设置的凹槽，设于凹槽两侧面的齿条，与齿条啮合的齿轮，穿过齿轮中心且与所述坡道和所述水平道连接处转动连接的调节杆，与调节杆另一个端部固定且便于转动调节杆的旋转件，以及穿过所述水平道底部且用于将所述水平道固定于所述背板上的螺栓。

优选地，还包括与所述轨道相对设置且设于所述背板的边缘上的第二电磁开关。

优选地，还包括设于所述第二电磁开关下方的收集槽；所述的收集槽内设有缓冲材。

优选地，还包括设于所述背板的背部的pcb电路板；

和/或；

还包括设于所述运动件下落路径的两侧且用于关闭计时器的对射式传感器；

和/或；

还包括套设于背板外部的保护罩。

优选地，所述运动件的内部还设有用于记录所述运动件运动轨迹与参数并计算实验数据的芯片；

和/或；

所述运动件的内部还设有用于控制激光关闭的振动开关。

本发明的有益效果：通过激光发射装置发射激光产生的热量在热敏纸上进行呈像，进而达到对运动件的运动轨迹进行记录的目的，使运动轨迹即时呈现在学生的眼前，便于学生进行观察，不会干涉到运动件的运动轨迹，使实验数据更精准。通过固定组件实现轨道的角度调整，以实现平抛运动、上抛运动、下抛运动的实验观察。通过不同轨道的设置便于学生观察影响运动件运动的因素。通过定时开关控制激光发射时长，在运动件运动结束后，关闭激光，以避免激光照射到学生，对学生产生可能的伤害。通过第二电磁开关控制运动件的自由落体运动，以便于学生的观察。对于高中物理实验所探究的所有物体运动均可通过本装置进行实验，且可通过不同实验的组合进一步对实验原理进行验证，大大节省了组装不同实验器材的时间，提高了课堂效率，且节约了收纳空间。本装置不仅装置简单易操作，且实验数据精准，使学生可以清楚的观察到影响物体的运动的因素，更加便于学生观察实验现象，了解实验原理。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明具体实施例中一种探究物体运动的实验装置的示意图；

图2为本发明具体实施例中一种探究物体运动的实验装置的调节组件的局部示意图；

图中，部件名称与附图编号的对应关系为：

背板-100，基座-110，热敏纸-200，轨道-300，坡道-310，第一电磁开关-311，水平道-320，挡光件-321，控制开关-322，测速件-323，运动件-400，激光发射装置-410，定时开关-411，光电开关-412，本体-420，轮毂-430，计时器-500，调节组件-600，凹槽-610，齿条-620，齿轮-630，调节杆-640，旋转件-650，螺栓-660，轴承-670，第二电磁开关-700，收集槽-800，对射式传感器-900。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至2所示，本发明提供一种探究物体运动的实验装置，包括竖直设立于基座110上的背板100，活动设于背板100上的热敏纸200，至少一个设于背板100一侧边缘上的轨道300，至少一个滑动设于轨道300上且内部设有激光发射装置410的运动件400。当运动件400从轨道300上滑落后，为运动件400进行平抛运动提供初始速度，再通过激光发射装置410发射激光，利用激光所产生的热量在热敏纸200上进行呈像，进而达到记录该运动件400的运动轨迹的目的。由于运动过程中不会产生任何干涉，因此，大大提高了实验数据的准确性，且使实验现象可视化，更加便于学生的观察，以及实验后对实验参数的计算，使学生更深刻的理解实验原理。

进一步地，所述轨道300包括坡道310，以及与坡道310底部一体设置的水平道320；所述的坡道310顶端设有第一电磁开关311。该坡道310与水平面呈一定角度设置，以便于运动件400利用自身重力做功产生初始速度。通过第一电磁开关311将运动件400吸附在坡道310的顶端，当对第一电磁开关311断电时，运动件400则在自身重力的作用下，开始沿轨道300向下运动，以达到解放教师双手的目的，同时避免手动操作时，可能带给运动件400的不同方向力而影响实验结果，使实验数据有误差，通过第一电磁开关311的设置使实验数据更精准，并大大降低实验误差，同时便于学生对实验现象的观察，更可有效帮助学生提升影响物体受力情况的分析能力。该第一电磁开关311的优选型号为p20/15吸盘式电磁铁,具体参数为吸力2.5公斤，直流12v/24，圆形微型20*15电吸盘。

进一步地，所述轨道300的末端还设有启动计时的控制开关322，以及用于测量所述运动件400的速度的测速件323。该控制开关322可以是设于轨道300上的光电开关412，还可以是压力传感器，即只要能实现在运动件400通过该位置时启动计时的功能的装置均可使用在该轨道300上，在此不做具体限定。该光电开关412的优选型号为dy-itr8102。该测速件323可以是光电门，也可以是测速传感器，即能实现测量运动件400经过该位置时的初始速度即可，在此不做具体限定。该测速传感器的优选型号为zls-c50。

进一步地优化上述技术方案，所述轨道300的末端还设有启动激光发射的挡光件321。该挡光件321可以是挡光片，也可以是挡光柱，即能实现挡住光线的功能即可，在此不做具体限定。通过挡光件321触发发射激光的开关，以节省激光光源，且保证运动件400在热敏纸200上的呈像完整。

进一步地，所述运动件400包括内部设有空腔的本体420，设于本体420底部且用于与所述轨道300滑动连接的轮毂430，设于本体420内部的激光发射装置410，以及用于控制激光发射时长的定时开关411。该运动件400的外部材质优选金属材质，以便于可以被第一电磁开关311的磁力吸住，当然，为了进一步的减轻运动件400的质量，该运动件400的外部材质也可是pvc材质，或是柔韧性较好的树脂材质，再次不做具体限定。若为非金属材质，则需要在本体420的对应位置上设置磁吸点，通过该种方式可有效实现与第一电磁开关311的连接。该激光发射装置410的激光头优选型号为9v2.5w，功率在2.5w～5.5w之间。该激光发射装置410发射的激光光束优选沿水平方向且朝向背板100的方向发射，以便于将运动轨迹呈现在热敏纸200上。通过该定时开关411实现激光的关闭，防止在运动件400运动结束后，激光仍旧长时间照射导致对学生的损伤。在实际使用时，当该运动件400从第一电磁开关311处离开并开始运动时，启动激光发射装置410，计时器500开始计时，一般运动件400的运动时长假设在2s内，故设定定时开关411的时长为2s，当2s时间结束后，关闭激光。有效避免了激光可能对学生带来的伤害，使本装置更加安全可靠。

进一步地，作为本发明的一个优选实施例，该运动件400上还包括设于本体420底部的光电开关412。当该运动件400运动至水平道320的末端时，该光电开关412感应到挡光件321后，开始启动激光发射装置410发射激光，以达到节省激光光源的目的，且保证运动件400在热敏纸200上的呈像完整。该光电开关412的优选型号为dy-itr8102。

进一步地，作为本发明的一个优选实施例，该运动件400上还包括设于本体420内部的电源装置(图中未示出)，以及控制该电源装置(图中未示出)开启与关闭的启动开关，以便于为激光发射装置410、光电开关412以及定时开关411等供电，保证本体420内的装置的正常运转。

进一步地，还包括用于调整所述轨道300的形态的调节组件600。通过调节组件600对该轨道300的形态进行调整，进而达到实现上抛、下抛、平抛以及水平直线运动的目的。使本装置可以研究多种物体运动的规律及原理，并可将不同实验进行综合后展示予学生，以便于学生对不同物体运动的知识点的融会贯通，并通过实验的比对，加深对知识点的认识与了解。另外也大大减少了教师在授课过程中需要频繁组装实验器材的情况，大大提升了课堂效率，且节约了实验器材的收纳空间。

进一步地，还包括计算运动件400运动时间的计时器500。该计时器500可设置于背板100上，也可设置于基座110上，即只要能便于学生观察即可，在此不做具体限定。

进一步地，作为本发明的一个优选实施例，还包括设于所述水平道320上且便于计算所述运动件400的行走距离的水平尺(图中未示出)。该水平尺(图中未示出)可以为透明管状的水平尺，也可以是直接刻画在水平道320上的刻度，即只要能实现对运动件400在水平道320上的行走距离进行量测即可，在此不做具体限定。

进一步优化上述技术方案，所述调节组件600包括贯通设于所述背板100上且呈弧形设置的凹槽610，设于凹槽610两侧面的齿条620，与齿条620啮合的齿轮630，穿过齿轮630中心且与所述坡道310和所述水平道320连接处转动连接的调节杆640，与调节杆640另一个端部固定且便于转动调节杆640的旋转件650，以及穿过所述水平道320底部且用于将所述水平道320固定于所述背板100上的螺栓660。该坡道310与水平道320的连接处固定有轴承670，该调节杆640的端部穿过轴承670以实现与连接处的转动连接。实际使用时，松开螺栓660，转动旋转件650，带动调节杆640转动，进而带动齿轮630转动，使齿轮630沿齿条620上下移动，当达到合适的角度时，旋紧螺栓660即可实现该轨道300的角度调整，以便于进行上抛、下抛、平抛以及水平直线运动等物体运动实验。

进一步地，还包括与所述轨道300相对设置且设于所述背板100的边缘上的第二电磁开关700。通过第二电磁开关700实现探究自由落体运动的实验。同时更加便于学生将自由落体运动与平抛、上抛、下抛运动进行比对，以验证公式y＝1/2gt²的正确性，同时研究影响物体运动的垂直距离的因素。显然，为了便于该实验的进行，该运动件400的顶部设有便于吸附金属片或该运动件400的顶部为金属材质，以保证第二电磁开关700可以有效的将运动件400吸附住。该第二电磁开关700与第一电磁开关311的型号一致，在此不再赘述。

进一步地，作为本发明的一个优选实施例，还包括设于所述第二电磁开关700下方的收集槽800；所述的收集槽800内设有缓冲材。通过收集槽800将下落后的运动件400收集起来，以避免运动件400滚落导致运动件400的损坏，更解放了教师的双手，专注讲解实验原理及现象。通过缓冲材进一步缓解运动件400下落的冲力对运动件400内部零部件的损伤，大大降低了运动件400的维修率以及维护成本。该缓冲材可以是海绵，也可以是聚乙烯泡沫塑料，即能实现缓冲效果即可，在此不做具体限定。

进一步地，还包括设于所述背板100的背部的pcb电路板。通过pcb电路板可以实现对第一电磁开关311、第二电磁开关700、控制开关322、定时开关411及激光发射装置410的启动与关闭的控制，使本装置实现自动化，更加便于解放教师的双手，使教师可以专注的讲解实验的现象及原理，大大提升课堂效率。

进一步地优化上述技术方案，还包括设于所述运动件400下落路径的两侧且用于关闭计时器500的对射式传感器900。通过对射式传感器900的设置实现了对计时器500的关闭，以便于实现对计时器500的自动控制，降低人工计时的误差，大大提高了实验数据的准确性。该对射式传感器900的优选型号为e3f-5dp1。

进一步地，还包括套设于背板100外部的保护罩(图中未示出)。该保护罩(图中未示出)优选透明的pvc材料或有机玻璃材质，以便于学生可以清楚的从外部观察整个实验过程。通过保护罩(图中未示出)防止学生提前将激光未关闭的运动件400拿出，同时通过移除保护罩(图中未示出)的过程进一步增加学生碰触到运动件400的时间，以防止激光未完全关闭，大大避免了对学生造成伤害的可能性，增强了整个装置的安全性。

进一步地，该保护罩(图中未示出)的外壁上设有警示标语，以引导学生在激光灯光关闭后再打开保护罩(图中未示出)，避免安全事故的发生。

进一步地，所述运动件400的内部还设有控制整个实验装置自动运转且用于记录所述运动件400运动轨迹与参数并计算实验数据的芯片(图中未示出)。该芯片(图中未示出)的优选型号为stm32f030c8t6，该芯片(图中未示出)内置陀螺仪，使运动件400的运动轨迹得到记录，以便于将运动件400的运动轨迹传输至电脑端，便于教师进行电子教学演示。通过芯片(图中未示出)将实验过程中的数据进行读取并进行运算，便于教师对学生所计算的实验结果的验证，以提高教师的课堂效率，减轻教师的教学负担，更加专注于如何提高教学效果。

平抛起点光电感应开始计时，同时通过光电门测出速度，内置水平方向位移，速度公式，竖直方向位移，速度计算公式，快落到轨道300上时光电感应完成计时！

进一步地优化上述技术方案，所述运动件400的内部还设有用于控制激光关闭的振动开关(图中未示出)。通过振动开关(图中未示出)感应该运动件400是否处于运动状态，当振动开关(图中未示出)感应到该运动件400停止运动时，关闭激光，以避免对学生产生伤害。该振动开关(图中未示出)的优选型号为sw-520d。

进一步地，所述背板100与所述轨道300上均设有便于读取行走轨迹参数的刻度。通过设置的刻度更加便于学生对实验数据的读取，以便于对实验原理的验证。

进一步地，还包括控制整个装置启动的电源开关，以避免资源的浪费。

实际使用时，首先根据所需要做的实验调整调节组件600，调节好后，开启电源开关，为本装置通电，使各个装置处于待机状态，通电后将运动件400放置于第一电磁开关311处，运动件400被吸附于电吸盘上，关闭第一电磁开关311，运动件400延轨道300运动，当运动至水平道320的末端时，控制开关322感应到运动件400时开始计时，计时器500开始显示时间，同时测速件323测量运动件400的初始速度，并将初始速度的数据传输至芯片(图中未示出)，同时运动件400内部的光电开关412感应到挡光片后，启动激光发射装置410，发出激光，随着运动件400进行平抛运动、上抛运动、下抛运动、自由落体运动、以及水平直线运动的同时，在设于背板100上的热敏纸200上画出运动件400的运动轨迹，并将运动轨迹传送至芯片(图中未示出)，当运动件400运动至背板100下部时，对射式传感器900感应到运动件400后，关闭计时器500，计时器500停止计时的同时将数据传输给芯片(图中未示出)，芯片(图中未示出)根据x＝v0t,以及y＝1/2gt²的公式以及现有记录的数据计算出运动件400的水平方向位移以及竖直方向位移，运动件400落入收集槽800，振动开关(图中未示出)感应到运动件400运动停止，关闭激光，实验结束，在激光关闭后，即可打开保护罩(图中未示出)，重置实验装置。本装置不仅装置简单易操作，且实验数据精准，更加便于学生观察实验现象，了解实验原理。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。