[實(shí)用新型]平拋運(yùn)動(dòng)分析儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320039258.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203232588U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱換昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 駱換昌
• 主分類號(hào): G09B5/02
• 分類號(hào): G09B5/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及到平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種平拋運(yùn)動(dòng)分析儀。

背景技術(shù)

研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是高中物理新課標(biāo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中非常重要的探究實(shí)驗(yàn)之一，在整個(gè)高中物理課程中占有重要的地位。

關(guān)于平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，新課標(biāo)要求實(shí)驗(yàn)?zāi)茉O(shè)法描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，通過(guò)軌跡研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，判斷其運(yùn)動(dòng)軌跡是不是拋物線，并計(jì)算平拋物體的初速度。因此，如何精確描繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。而在實(shí)際操作中，由于拋體運(yùn)動(dòng)軌跡受時(shí)間和空間的限制，往往很難真實(shí)、精確地呈現(xiàn)物體的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，使實(shí)驗(yàn)操作有一定的難度。

在現(xiàn)行教材以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中，教師大多采用描點(diǎn)法來(lái)演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)。使用該方法，平拋運(yùn)動(dòng)要多次重復(fù)，操作時(shí)間長(zhǎng)。而且，實(shí)驗(yàn)結(jié)果描畫(huà)出來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡只是一條近似曲線，誤差較大，效果并不理想。

除描點(diǎn)法外，也有一些教師采用頻閃法來(lái)研究平拋運(yùn)動(dòng)。該方法可以精確地記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，但在操作方面也有不足之處：一是對(duì)光源和環(huán)境的要求比較高，二是照片還要重新導(dǎo)入到電腦才能再呈現(xiàn)出來(lái)，需要耗費(fèi)較多時(shí)間。基于這兩個(gè)因素，頻閃法并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于課堂教學(xué)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有的研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)都存在不足的地方，設(shè)計(jì)既有頻閃優(yōu)點(diǎn)，又簡(jiǎn)單明了、操作方便的器材。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采取了以下的技術(shù)方案：

平拋運(yùn)動(dòng)分析儀，包括有個(gè)人電腦、電腦USB口連接USB線，所述USB線連接USB攝像頭；所述USB攝像頭正對(duì)前方白色背景板，所述白色背景板上安裝有金屬導(dǎo)軌，所述白色背景板右前方安裝有補(bǔ)充光源；所述USB攝像頭、白色背景板和補(bǔ)充光源安裝在鋁合金箱。

個(gè)人電腦上設(shè)計(jì)有圖像采集程序、圖像處理程序、電腦軟件界面；所述電腦軟件界面設(shè)計(jì)有原始圖像顯示框、結(jié)果顯示框。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型利用一個(gè)攝影頭采集平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)圖像；再借助LabVIEW編程環(huán)境下開(kāi)發(fā)的虛擬儀器，對(duì)獲得的圖像進(jìn)行識(shí)別和分析處理；然后再把儀器測(cè)量到的數(shù)據(jù)以及虛擬儀器繪制出的圖像顯示在實(shí)驗(yàn)者面前，并最終完成對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)測(cè)量。采用該儀器做平拋實(shí)驗(yàn)，可將所有點(diǎn)跡一次性描出，操作簡(jiǎn)單方便。與描點(diǎn)法相比，拋體的運(yùn)動(dòng)軌跡與所描述軌跡對(duì)應(yīng)關(guān)系直觀，學(xué)生更容易理解；而且減少了人工描跡、多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)、坐標(biāo)原點(diǎn)定位不準(zhǔn)確、影像不清晰等因素帶來(lái)的誤差，實(shí)驗(yàn)更加精確。除此以外，本套系統(tǒng)還有其它四大優(yōu)點(diǎn)：一是非常形象、直觀。通過(guò)虛擬儀器對(duì)數(shù)據(jù)分析和處理，并繪制出圖像，我們可以清晰地觀察平拋運(yùn)動(dòng)的特性。二是操作方便。當(dāng)我們用傳統(tǒng)的頻閃方法研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，必須將實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)安排在一個(gè)光線比較暗的地方，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的光源控制得比較好。然后還要將所拍的照片重新輸入電腦，再做數(shù)據(jù)的分析和處理。而本系統(tǒng)是在做實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)。三是更加準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器，由于不可忽視的原因會(huì)產(chǎn)生較大誤差。如：平時(shí)學(xué)生上課采用平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，其所打出來(lái)的小點(diǎn)很不規(guī)則，學(xué)生很難準(zhǔn)確記錄小球的位置，數(shù)據(jù)誤差較大。而利用平拋運(yùn)動(dòng)分析儀來(lái)做實(shí)驗(yàn)，其拍攝出來(lái)的圓形圖像能精確記錄小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，再通過(guò)電腦分析出來(lái)的數(shù)據(jù)精確度高，基本與理論結(jié)果一致。四是價(jià)格便宜，性價(jià)比高。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)備中只需要花幾十元新購(gòu)置一個(gè)攝像頭，其它儀器都是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器材。相比于傳統(tǒng)頻閃方法中需要用到的萬(wàn)元以上的相機(jī)，這套系統(tǒng)可謂是物美價(jià)廉，性價(jià)比很高，適合在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中推廣使用。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為電腦程序模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例：

請(qǐng)參閱附圖1，平拋運(yùn)動(dòng)分析儀，其包括有個(gè)人電腦(1)、電腦USB口(2)連接USB線(3)，所述USB線(3)連接USB攝像頭(4)；所述USB攝像頭(4)正對(duì)前方白色背景板(5)，所述白色背景板(5)上安裝有金屬導(dǎo)軌(6)，所述白色背景板(5)右前方安裝有補(bǔ)充光源(7)；所述USB攝像頭(4)、白色背景板(5)和補(bǔ)充光源(7)安裝在鋁合金箱(8)。

所述個(gè)人電腦(1)上設(shè)計(jì)有圖像采集程序(9)、圖像處理程序(10)、電腦軟件界面(11)；所述電腦軟件界面(11)設(shè)計(jì)有原始圖像顯示框(12)、結(jié)果顯示框(13)。