一种单摆秒表计数实验演示器的制作方法

1.本实用新型涉及中学物理教学实验计数演示器，具体涉及一种单摆秒表计数实验演示器。


背景技术：

2.《单摆》这一节是高中物理简谐运动的实例应用，属于高中物理中的重点知识，是高中物理振动的核心内容，因为现实生活中的许多摆动可近似地看成单摆运动，研究单摆运动规律将直接有助于我们解决这类实际问题；可教学上没有这方面的自动计数器，影响了教学效果，因而，本人制作了“一种单摆秒表计数实验演示器”供物理课堂和科技实践活动教学使用。


技术实现要素：

3.本实用新型专利一种单摆秒表计数实验演示器利用木质小方盒做盒体，盒体面板上设置个位十位数码管显示器，清零按键，单摆/暂停/秒表开关、电源开关，电源指示器等器件和盒体内元件配合，再通过接线插孔连接支架的传感器探头，组成工作体系，当支架上悬挂的小球在探头前摆动时，数码管就显示摆球摆动的周期次数，还可以演示秒表的计数功能；本发明演示直观明了，实验操作方便，教学演示效果好，有一定的使用和推广价值。
4.一种单摆秒表计数实验演示器，包括一盒体、单摆支架和电路元器件，盒体中包括显示个位数码管led1、十位数码管led2、电源指示器d10、开关hl、插座xs、作品名称，单摆支架包括底座、竖杆、横杆、传感器b、细线、小球，电路元器件包括传感器b、放大器q、集成块ic、开关hl、二极管d、电阻器r、电容器c、电源vcc、vss，其特征在于，开关包括单摆/停止/秒表选择开关hl1、周期/往返选择开关hl2、电源开关hl3、清零键开关hl4，插座xs包括插座xs1、连接器插座xs2，所述个位显示数码管led1在左、十位数码管led2在右设置于盒体面板中部位置，所述电源指示器d10设置在个位显示数码管led1、十位数码管led2位置的中上部，hl1、hl 2对称的设置在d10的左右两侧；所述清零键开关hl4设置在个位显示数码管led1、十位数码管led2的中下部，hl3、xs1对称的设置在hl4的左右两侧，xs2设置盒体左侧面板上，所述作品名称设置在盒体面板的中上部;
5.所述竖杆的一端垂直固定于底座，另一端又垂直固定横杆的一端，横杆的另一端固定细线的一端，细线的另一端固定小球，竖杆的下部垂直固定传感器，传感器距底座高10cm处，悬挂的小球和传感器同高度，小球距传感器感应面5—15cm；
6.所述集成块ic包括ic1、ic2、ic３、ic４、ic５、ic６，开关hl包括hl1、hl2、hl3、hl4，二极管d包括d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10，电阻器r包括r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7，电容器c包括c1、c2、c3、c4、c5，所述传感器b的输出端依次连接r1、q、hl1到ic2输入14脚，ic2的输出脚2、7、1、6、11分别通过d1、d3、d5、d7、d9连接hl2左右端的下触点，ic2的输出脚3、4、10、5、9分别通过d0、d2、d4、d6、d8连接hl2左端上触点，所述电阻器r6和电容器c4串联后一端连接vss，另一端连接vcc，中点连接ic2的15脚清零脚，电阻器r2和电容器c1串联后电阻
器一端和q的集电极连接，电容器一端和传感器b的输出端连接，中点和vss连接，所述ic1输出3脚通过r3和hl1的右端触点连接，r４与r５串联后一端连接ic1的4、8脚到vcc，另一端ic1的2、6脚到c3一脚，c3的另一脚和vss连接，电容器c2一端连接ic1的5脚，另一端连接vss，所述电源插座xs一端vcc依次连接hl3、d10、r7到电源插座另一端vss，电容器c3并联在vcc与vss之间。
7.优选的，一种单摆秒表计数实验演示器所述显示个位数码管led1、十位数码管led2分别为3寸30011bsrled七段数码管，d10为led红色发光二极管。
8.优选的，一种单摆秒表计数实验演示器所述hl1为三档拨动开关，hl2为钮子六脚二档开关，hl3为钮子三脚一档开关，hl4为轻触按键开关，xs1为dc电源插座dc-044a，xs2为3.5毫米耳机插座，。
9.优选的，一种单摆秒表计数实验演示器，所述传感器b为红外传感器，放大器q为pnp型三极管，ic1为时基电路，ic2为十进制计数器，二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9分别为开关二极管，电阻器r1、r2、r3、r5、r6、r7分别为碳膜电阻，电阻器r4选用100k
ω
可调电阻，电容器c1、c５分别为电解电容器，c2、c3、c４分别为固定电容器，电源xcc、vss为12v250ma稳压电源。
10.本实用新型专利一种单摆秒表计数实验演示器利用木质长方盒做盒体，盒体面板上设置两只数码管显示器，清零按键，单摆/暂停/秒表开关、电源开关，电源指示器等器件和盒体内元件配合，再通过接线插孔连接支架的传感器探头，组成工作体系，当支架上悬挂的小球在探头前摆动时，数码管就显示摆球摆动的周期次数，还可以演示秒表的计数功能，本发明演示直观明了，实验操作方便，教学演示效果好，有一定的使用和推广价值。
附图说明
11.图1是本实用新型专利一种单摆秒表计数实验演示器面板结构示意图；
12.图2是本实用新型专利一种单摆秒表计数实验演示器小球支架结构示意图；
13.图3是本实用新型专利一种单摆秒表计数实验演示器元器件电路图。
14.附图1标记说明：11-盒体，12-十位数码管led2，13-显示个位数码管led1，14－电源指示器d10，15－清零键开关hl4，16-单摆/停止/秒表选择开关hl1，17-周期/秒表选择开关hl2，18-连接器插座xs2，19-电源开关hl3，110-电源插座xs1，111-作品名称；
15.附图2标记说明：21-底座，22-竖杆，23-横杆，b-传感器，25-细线，26-小球。
具体实施方式
16.图1图2图3所示，一种单摆秒表计数实验演示器，包括一盒体11、单摆支架和电路元器件，盒体11中包括显示个位数码管led1（13）、十位数码管led2（12）、电源指示器d10（14）、开关hl、插座xs、作品名称，单摆支架包括底座２1、竖杆22、横杆23、传感器b、细线25、小球26，电路元器件包括传感器b、放大器q、ic、开关hl、二极管d、电阻器r、电容器c、电源vcc、vss，其特征在于，开关包括单摆/停止/秒表选择开关hl1（16）、周期/秒表选择开关hl2（17）、电源开关hl3（110）、清零键开关hl4（15），插座xs包括插座xs1（110）、连接器插座xs2（18），所述十位数码管led2（12）在左、显示个位数码管led1（13）在右设置于盒体面板中部位置，所述d10设置在显示个位数码管led1（13）、十位数码管led2（12）位置的中上部，hl1、
ds30c4)的性能，使连接到放大器q选用的c9012三极管基极得到≤11.2v，其发射极的电压为12v，放大器q处于饱和状态，集电极输出高电平，当小球26离开传感器b感应面时，传感器b输出高电平，放大器q截止，集电极输出底电平，当放大器b输出高电平，单摆/停止/秒表选择开关hl1拨到单摆连接位置，为计数器ic２（cd4017）的输入端14脚cp输入一个高电平，由于计数器ic２（cd4017）工作模式为上升沿计数，其输出y0-y9就进升一位。
21.因为单摆完成一个全振动就是一个周期，如从单摆摆动的最大位移点开始计算,则摆球二次回到这点，就是一个周期；那么单摆一个周期摆球通过传感器b感应面2次，传感器b输出两次低电平，放大器q两次输出高电平，计数器ic２（cd4017）输出进位单双一次，通过周期/秒表选择开关hl2使计数器ic２（cd4017）输出的单数值有效（双数不连接）。
22.当计数器ic1（cd4017）输出有效值（单数）又经加法计数器ic3（cd4518）二、十进制同步加计数器工作输出，再经译码驱动器ic5（cd4511）译码后驱动个位数码管led1显示个位数，当加法计数器ic3（cd4518）计数从9到10时，器内部计数器自动为零，第14脚产生的下降沿脉冲作为十位计数器ic4（cd4518）的时钟输入信号，使其内部计数器加1，它输出的二进制bcd码经过译码驱动器ic6（cd4511）译码后，驱动十位数码管显示十位数字，这样形成单摆实验计数器的控制器。
23.所述秒表计数器是由ic1选用的时基电路ne555的7脚连接电阻r4、r5，2、6连接r5和电容器c3，组成产生1秒钟的时基信号（可以调节r4），通过ic1的3脚输出，经单摆/停止/秒表选择开关hl1，即选择开关hl1拨到秒表连接位置，为ic2输入1秒钟的时基信号，ic2的输出y0-y9十个数都输入到ic3（下述原理同上）就形成秒表计数演示器。
24.所述一种单摆秒表计数实验演示器，把hl1开关拨到中间位置（停止位置，该开关左端为单摆接通，右端为秒表接通位置），打开电源开关hl３开机时led1、led都显示00，对于ic2电路中设置有自动清零装置，在使用中可选择hl1、hl2选择开关配合完成单摆和秒表计数演示实验，在二次计数时可以按一下清零键hl4，数码管显示00。
25.所述一种用于单摆计数演示器的前级放大模块电路中的d0—d9二极管，因为二极管具有单向导通特性，使计数器ic2的每个输出端之间没有影响；电容器c1可以滤去杂波，稳定三极管q工作；电阻r2是三极管q的输出负载电阻，电阻器r6电容器c4组成开始通电对ic1自动清零作用，电阻r7是电源指示器d10的降压限流电阻，电容器c5可以滤去杂波，稳定电源工作。
26.本实用新型专利一种单摆秒表计数实验演示器，采用塑料长方形盒体，盒体面板上设置两只数码管显示器，清零按键，单摆/暂停/秒表开关、电源开关，电源指示器等器件和盒体内元件配合，再通过接线插孔连接支架的传感器，组成工作体系，当支架上悬挂的小球在传感器感应面前摆动时，数码管就显示小球摆动的周期次数，还可以选择秒表计数演示；本发明演示直观明了，实验操作方便，教学演示效果好，有一定的使用和推广价值。