[發明專利]一種物理平拋運動的數據采集裝置及方法

有效

• 申請號: 201910094428.X
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN110009977B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 曾波濤;馮志全;畢建平;謝瑋
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10;G01C23/00;G01D21/02
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

本發明提供了一種物理平拋運動的數據采集裝置及方法，包括：壓力傳感器、旋轉角度傳感器、水平儀、原點對齊組件、激光測距儀；所述壓力傳感器設置于導軌頂端，旋轉角度傳感器設置于導軌的拐角處，水平儀設置于導軌的水平部分，原點對齊組件設置于導軌水平部分的末端，所述導軌固定于內板上；所述激光測距儀分別于擋槽一端以及內板上端各設置一個，分別測量橫坐標以及縱坐標。通過連續記錄多次的平拋運動的下落點，并采用曲線擬合各點，形成拋物線，解決了現有技術中平拋運動數據采集中無法定量分析運動規律的問題，實現定性與定量結合的方式揭示運動規律，裝置設計簡單，操作難度小，更易于普及。

技術領域

本發明涉及物理實驗技術領域，特別是涉及一種物理平拋運動的數據采集裝置及方法。

背景技術

將物體用一定的初速度沿水平方向拋出，不考慮空氣阻力，物體只在重力作用下所做的運動，叫做平拋運動。平拋運動可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向上的自由落體運動這兩個分運動。

目前，研究平拋運動規律的實驗方法有：1、利用描跡方法研究其運動軌跡；2、利用閃光照片定量研究其運動規律；3、利用平拋運動分解儀定性分析其運動規律。第一種方法只能定性說明其運動軌跡，不能研究運動規律。第二種方法能定量分析平拋運動規律，分析深刻，效果好，但實驗設備復雜，價格高、操作難度大，只能在暗室中進行，因此很難普及。教學中常用已拍好的現成照片，學生不能親自實驗，教師不好進行演示。第三種方法利用對比方法間接分析平拋運動，該方法仍屬于一種定性方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種物理平拋運動的數據采集裝置及方法，旨在解決現有技術中平拋運動數據采集中無法定量分析運動規律的問題，實現定性與定量結合的方式揭示運動規律，裝置設計簡單易操作。

為達到上述技術目的，本發明提供了一種物理平拋運動的數據采集裝置，所述裝置包括：

壓力傳感器、旋轉角度傳感器、水平儀、原點對齊組件、激光測距儀；

所述壓力傳感器設置于導軌頂端，旋轉角度傳感器設置于導軌的拐角處，水平儀設置于導軌的水平部分，原點對齊組件設置于導軌水平部分的末端，所述導軌固定于內板上；

所述內板粘貼有坐標紙，并固定于底座上，所述底座還設置有滑動桿，所述滑動桿上設置有擋槽，所述擋槽沿滑動桿上下移動，并固定于某一位置；

所述激光測距儀分別于擋槽一端以及內板上端各設置一個，分別測量橫坐標以及縱坐標。

優選地，所述壓力傳感器用于通過獲取釋放小球的信號，驗證小球是否固定在起始位置處，包括內置導線、銅棒、銅片、微型電源以及電流檢測組件，所述內置導線一直處于與銅棒連接狀態，銅片外接一根導線經微型電源以及電流檢測組件與內置導線連接，構成回路。

優選地，所述銅棒在受到壓力下降時，接觸到底部的銅片，整個回路產生電流，信號被電流檢測組件接收，將電流信號無線傳輸至電腦終端。

優選地，所述旋轉角度傳感器用于獲取物體獲得初速度的下落角度，包括固定條、電阻圈導線、微電流表以及微型電源。

優選地，所述固定條上設置有卡條，通過與凹槽的配合設計，用于以不同角度來固定固定條，所述固定條的底端連接導線，分別經微型電源以及微電流表，并通過導線連接電阻圈。

優選地，所述水平儀用于判斷導軌的水平部分是否水平放置，包括圓管兩端銅片、鐵球、底端銅片、導線、微電源以及電流信號處理模塊，當水平放置時，鐵球處于中間位置，電流未導通，信號輸出端無輸出，當發生傾斜時，鐵球與某一端的銅片接觸，并和底部銅片一直處于連接中，構成通路。

優選地，所述原點對齊組件用于判斷導軌末端是否和坐標紙原點對齊，包括金屬凸點、微型凹片、導線、微型電源以及電流信號處理模塊，所述金屬凸點安裝于導軌末端出口靠近內板的一側，所述微型凹片安裝與內板上與原點水平的位置，所述微型凹片在凹陷處設置有金屬涂層。