[發明專利]平拋運動實驗儀

無效

• 申請號: 201110091662.0
• 申請日: 2011-04-12
• 公開（公告）號: CN102737538A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 熊雄;楊磊
• 申請（專利權）人: 上海辰昊信息科技有限公司
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【所述技術領域】教學實驗室和物理試驗設備中的實驗器材。

【現有技術】現有的教學實驗室和物理實驗設備中的平拋運動實驗儀主要采用簡單的肉眼觀看的方式，由學生來查看實驗的現象，移動小球接收板，根據小球的落點，測量距離，然后在紙上描點，通過多次試驗后，在紙上獲得實驗的曲線。這種方式首先是沒法獲得小球拋出后到落地的時間，所以沒法精確計算出小球在平拋過程中的運動分解，也就是在水平面上做勻速直線運動，在垂直面上做自由落體運動，只是簡單看到了一條拋物線，從中找出運動的規律。由于這種測量方式沒法利用計算機來輔助教學，在電腦和自動控制技術高度發展的今天，已經顯得落后，不適用。在最近出現了如專利申請200720076912.2這樣的新型的平拋運動教學實驗儀，該專利申請的技術方案使用了水平底座、直立面板、斜向滑軌、電磁鐵、鋼球、光電門傳感器等，它的目的是實現了機電一體化，和本發明在結構上相似的地方有不少，但是，它與本發明屬于不同的技術方案，它沒有公開機電一體化的技術方案細節，無法實現機電一體化的功能。另有一件對比文件是CN85201227號實用新型專利，它的具體方案與我們的本申請技術方案的機械部分基本雷同，但是它沒有電子部分。

本發明的設計原理是依據以下三個數學公式：

x＝v₀t????????(1)這是直線勻速運動的公式；

(2)這是自由落體的公式；

(3)這是求平拋運動初速度的公式。

在中學的物理教科書上有關直線勻速運動的公式是(1)，而有關物體自由落體運動的公式有公式(2)，另外根據公式(3)我們就可以從初始位置的X、Y值求得初速度V_o，根據公式(3)，由于球的起拋點的X和Y是一定的，而重力加速度g是一個常量所以它的初速度V_o也是一個常量。我們根據公式(2)，Y是個常量，它就是小球通過光電門時的高度位置，所以就可以從此公式中求得不同落地高度的所需時間t，只要獲得了時間t，就可以確定平拋運動中每一個時間點的水平位移和下落高度X、Y的位置，所以在實驗中我們只要測量每次拋球時從拋出到落下到不同承接高度的時間t就可以得到一個小球的軌跡點。由此，我們只要能測得拋物運動軌跡各點的自起始點開始算起的拋物運動經過的時間，我們就可以獲得精確的描點位置，有了許多精確的描點位置(在5點到20點的范圍內)，我們就得到了平拋曲線。物理學告訴我們，平拋運動是水平方向上的直線勻速運動和垂直方向上的自由落體運動的合成。

【發明目的和任務】

傳統的實驗設備無法獲得小球拋出到落地的準確時間，無法實現與計算機連接后獲得一個直觀的圖像，也無法進行連續的測量。為了克服這些缺點，常要求設計能兼顧常規實驗中通過讀數來繪圖同時也能利用計算機輔助實驗的實驗設備。我們設計這個數字化的平拋運動實驗儀器，它以利用傳感器技術獲得精確的時間測量，并能自動記錄鋼球自拋出點至到達落點時的時間值，并顯示所測得的數據。因為我們做實驗斜滑槽上拋球起始點的高度位置是固定的，所以它的平拋曲線也是一條固定不變的平拋曲線，是有唯一性的，我們的實驗任務就是要把它顯現出來。另外，本發明有兩個持球架和兩個被吸住的小鋼球，可以演示平拋小球和自由落體小球在空中發生的碰撞，從而求證“平拋運動是水平方向上的直線勻速運動和垂直方向上的自由落體運動的合成”這一結論。該機電一體化的技術方案還能實現讓教學實驗和電腦相結合。

【本發明的公開】

本實驗設備的工作原理是，將被測小球放置在實驗儀器的拋出導軌上，吸附在電磁釋放器上，按下開關釋放小球，小球經過一個光電門，當小球離開光電門的時候開始測量時間，小球飛行后落到承接板上，承接板上的壓電陶瓷作為敏感元件，當小球落到承接板上的時候，停止計時，從而獲得小球飛行的時間，顯示在數碼管上。讀出教具上的高度值和從復寫紙上鋼球留下壓痕的水平距離，就可在實驗紙上描出點。我們將整個平拋曲線沿高度方向分成20個高度點，自高而下設置測試水平高度，改變接球板的高度，測量數據會隨著落地時間的不同而不同。從數碼管上讀取數據，測量高度的Y值和水平距離的X值，在紙上描點繪圖。如果將實驗設備上的USB口與電腦連接，打開相應的軟件，可以讀取實驗的實時數據，在曲線上顯示，可以看出實驗數據的連續變化，在軟件的坐標軸上顯示，同時輸入讀取的高度和水平值，可得出坐標曲線。

本發明的構成如下：