本發(fā)明屬于教學用具技術領域，涉及一種平拋運動物理實驗演示裝置。

背景技術：

傳統(tǒng)的平拋運動演示儀，操作比較復雜、繁瑣，在課堂上做演示探究時比較費時，現(xiàn)實中有很多針對平拋運動實驗的演示裝置，例如公開號為cn204667726u的實用新型專利cn201134177y公開了一種平拋運動實驗儀，在直面板的左右兩側(cè)垂直設立左立柱和右立柱，在兩立柱上分別套置可上下移動的左滑塊和右滑塊，并水平支撐水平電阻芯棒以及與水平電阻芯棒平行且位于其上方的長彈簧，與左立柱套置于左滑塊內(nèi)的垂直電阻芯棒和左導柱，相互接觸電連接，左導柱連接垂直電壓傳感器的一端，垂直電阻芯棒的上端與左立柱電連接，垂直電阻芯棒的下端連接電源；在直面板的左上方固定一斜向斜軌及電磁鐵，鋼球被吸附在電磁鐵上，在拋射口安裝光電門傳感器。本發(fā)明不但能快速地正確直接描繪出平拋運動的軌跡，還能證明平拋運動是合成運動的結果。

雖然上述的實驗裝置能夠描繪出平拋運動的軌跡，但是操作過程依舊繁復，必須多次拋出小球，需要不斷的手動放置小球在平拋裝置上，多次重復后才可得到所需的實驗數(shù)據(jù)，此外實驗操作過程不具有直觀性和連續(xù)性。

另外，由于受到教學條件的限制，在中學物理實驗中還采用安裝擋板的方法，此種方法依舊不能避免多次釋放小球，多次打點的弊端，學生們在操作該種實驗裝置的時候由于需要不斷的進行拋出小球的操作，步驟復雜，難以集中精力更好的觀察和分析實驗現(xiàn)象，國內(nèi)現(xiàn)有的中學物理平拋運動中很多試驗裝置都不同程度的具有一定的缺陷，沒有一種可以通過自動化的機械結構來代替重復操作的簡單平拋實驗裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種可以通過自動化的機械結構來代替重復操作的簡單平拋實驗裝置。

本發(fā)明采用的技術方案在于，提供了一種平拋運動物理實驗演示裝置，包括水平底板、支架、橫梁、平拋裝置、擋板和擋板驅(qū)動裝置，其中，

所述的支架架設在水平底板上，其上端設有橫梁，

所述的平拋裝置包括儲球管、斜面、槽型滑道和曲柄滑塊組件，所述斜面的上端連接有槽型滑道，所述槽型滑道包括傾斜段和水平段，所述的儲球管豎直設置在斜面上端的正上方，所述的斜面、槽型滑道和儲球管位于同一豎直平面內(nèi)，所述的儲球管內(nèi)存放有用于平拋實驗的小球，所述儲球管的內(nèi)徑大于小球直徑，小于等于1.5倍的小球直徑，所述的儲球管頂端和底端設置為開口形式，儲球管內(nèi)最底層的小球頂壓在斜面上，所述的儲球管的底端朝向槽型滑道的一側(cè)開設有第一缺口，所述儲球管底端朝向斜面的一側(cè)設置有第二缺口，所述的曲柄滑塊組件用于穿過第二缺口將儲球管內(nèi)最底層的小球從第一缺口推出，使最底層的小球從斜面上進入到槽型滑道，

所述的擋板豎直設置在平拋裝置使小球拋出的一側(cè)，即用于接受從平拋裝置拋出的小球的撞擊，并連接在所述的橫梁上，所述的豎直擋板上依次鋪設有復寫紙和白紙，

所述的擋板驅(qū)動裝置固定在橫梁上，用于驅(qū)動所述的擋板在水平方向往復移動，

所述的水平底板上依次鋪設有復寫紙和白紙。

上述的技術方案中，平拋裝置中的儲球管和曲柄滑塊組件的結合可以解放實驗者的雙手，實驗多次自動化的拋出小球進行實驗，另外可以通過擋板驅(qū)動裝置驅(qū)動擋板往復移動，從的獲得平拋曲線上不同位置的試驗點，當小球擊中擋板后會在豎直擋板上留下?lián)糁悬c，可以平拋曲線該點的縱坐標的坐標值，擊中擋板的小球會豎直下落擊中水平，從而獲得另一個擊中點，可以平拋曲線該點橫坐標的坐標值，兩個坐標值集合即可得到曲線上的一個確定點，多次拋出小球后可以獲得多個確定點，用平滑曲線連接后即可得到平拋曲線。

進一步的，所述的曲柄滑塊組件包括依次連接的曲柄、連桿和滑塊，所述的斜面上設置有滑槽，所述的滑塊與滑槽相匹配并可以沿所述的斜面往復滑動。曲柄滑塊組件可以通過馬達或其他動力裝置來驅(qū)動，操作靈活方便，結構簡單且易修理。

進一步的，所述的擋板驅(qū)動裝置包括依次連接的電機、絲桿和螺母，所述的絲桿通過左軸承座和右軸承座固定在橫梁上，且所述的絲桿的一端與電機的輸出軸連接，所述電機固定在橫梁上，絲桿上安裝有與所述絲桿匹配的螺母，所述的螺母的下端與擋板固定連接。電機帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，可以驅(qū)動螺母沿絲桿移動，并且?guī)訐醢迩昂笠苿印?/p>

進一步的，所述螺母的上部連接有定位塊，所述橫梁上開設有與絲桿平行設置的定位槽，所述的定位塊與定位槽配合并可沿所述的定位槽滑動。定位塊和定位槽的配合可以使得螺母帶動擋板移動的過程中不會產(chǎn)生圍繞絲桿的旋轉(zhuǎn)運動，是擋板的連接更加穩(wěn)定，保證實驗的精確性。

進一步的，所述的水平底座上設置有平行于所述絲桿的滑桿，所述的擋板的底端連接有滑套，所述的滑套套設在所述滑桿上，所述的滑桿的數(shù)量為多個?；瑮U和滑套的配合進一步的穩(wěn)定了擋板，防止受到小球撞擊后擋板產(chǎn)生振動，影響實驗數(shù)據(jù)的精確性。

進一步的，所述的支架包括與橫梁連接的拉桿和與水平底板連接的中空管，所述拉桿的下端與中空管的上端套接，所述中空管和拉桿之間通過螺栓固定連接，所述拉桿和中空管的豎直方向上間隔地開設有多個連接孔，所述螺栓通過連接孔橫向貫穿中空管和拉桿。通過調(diào)節(jié)中空管和拉桿之間的伸縮長度，可以用于調(diào)節(jié)支架的高度。

進一步的，所述支架包括與所述橫梁連接的上拉桿、與水平底板連接的下拉桿，以及連接所述上拉桿和所述下拉桿的螺筒，所述螺筒兩端設置有旋向相反的內(nèi)螺紋，所述上拉桿和所述下拉桿設置有與內(nèi)螺紋匹配連接的外螺紋。通過上述的改進，使得調(diào)節(jié)支架的高度變得更加快捷方便。

進一步的，上述的平拋運動物理實驗演示裝置還包括與所述的槽型滑道平行設置的立板，所述的立板上設置有坐標紙?？梢苑奖慵皶r的將試驗多的的坐標點描繪在坐標紙上。

進一步的，上述的平拋運動物理實驗演示裝置還包括控制器和限位傳感器，所述的限位傳感器包括第一限位傳感器和第二限位傳感器，所述的第一限位傳感器和第二限位傳感器分別設置在所述絲桿介于左軸承座和右軸承座之間部分的兩端處，所述的第一限位傳感器和第二限位傳感器均通過控制器與電機連接。在限位傳感器的限位作用下，控制電機的正反轉(zhuǎn)，螺母會在電機的驅(qū)動下不停地進行前后的往復運動，運動范圍被限制在第一限位傳感器和第二限位傳感器之間，從而使得擋板可以隨之一起進行往復運動，不需要通過人工進行控制電機的正反轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)擋板往復移動進行多次試驗。優(yōu)選地，所述限位傳感器為光電傳感器，光電傳感器的檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且傳感器的結構簡單，形式靈活多樣。

采用上述技術方案，包括以下有益技術效果：平拋裝置中的儲球管和曲柄滑塊組件的結合可以解放實驗者的雙手，實驗多次自動化的拋出小球進行實驗，另外可以通過擋板驅(qū)動裝置驅(qū)動擋板往復移動，從的獲得平拋曲線上不同位置的試驗點，實現(xiàn)了通過自動化的機械結構來代替重復操作的發(fā)明目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明平拋運動物理實驗演示裝置的結構示意圖；

圖2是圖1中a部分的局部放大圖；

圖3是本發(fā)明平拋運動物理實驗演示裝置的使用狀態(tài)圖；

圖4是本發(fā)明中支架的一種實施方式的結構示意圖；

圖5是本發(fā)明中支架的另一種實施方式的結構示意圖；

圖6是本發(fā)明平拋運動物理實驗演示裝置另一種實施方式的結構示意圖；

圖7是本發(fā)明中擋板驅(qū)動裝置的控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖中，

1、水平底板；2、支架；201、拉桿；202、中空管；203、連接孔；204、上拉桿；205、下拉桿；206、螺筒；3、橫梁；4、平拋裝置；401、儲球管；402、斜面；403、槽型滑道；404、曲柄滑塊組件；4041、曲柄；4042、連桿；4043、滑塊；405、小球；406、第一缺口；407、第二缺口；5、擋板；6、擋板驅(qū)動裝置；601、電機；602、絲桿；603、螺母；7、左軸承座；8、右軸承座；9、定位塊；10、立板；11、控制器；12、限位傳感器；1201、第一限位傳感器；1202、第二限位傳感器。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明中，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“中”、“豎直”、“水平”、“橫向”、“縱向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系。這些術語主要是為了更好地描述本發(fā)明及其實施例，并非用于限定所指示的裝置、元件或組成部分必須具有特定方位，或以特定方位進行構造和操作。

并且，上述部分術語除了可以用于表示方位或位置關系以外，還可能用于表示其他含義，例如術語“上”在某些情況下也可能用于表示某種依附關系或連接關系。對于本領域普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解這些術語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，術語“安裝”、“設置”、“設有”、“連接”、“相連”“套接”應做廣義理解。例如，可以是固定連接，可拆卸連接，或整體式構造；可以是機械連接，或電連接；可以是直接相連，或者是通過中間媒介間接相連，又或者是兩個裝置、元件或組成部分之間內(nèi)部的連通。對于本領域普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

除非另有說明，“多個”的含義為兩個或更多。

下面通過具體的實施例并結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。圖1～圖7給出了本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1～2所示，本發(fā)明提供了一種平拋運動物理實驗演示裝置，包括水平底板1、支架2、橫梁3、平拋裝置4、擋板5和擋板驅(qū)動裝置5，其中，所述的支架2架設在水平底板1上，其上端設有橫梁3，所述的平拋裝置4包括儲球管401、斜面402、槽型滑道403和曲柄滑塊組件404，所述斜面402的上端連接有槽型滑道403，所述槽型滑道403包括傾斜段和水平段，所述的儲球管401豎直設置在斜面402上端的正上方，所述的斜面402、槽型滑道403和儲球管401位于同一豎直平面內(nèi)，所述的儲球管401內(nèi)存放有用于平拋實驗的小球405，所述儲球管401的內(nèi)徑大于小球405直徑，小于等于1.5倍的小球405直徑，所述的儲球管401頂端和底端設置為開口形式，儲球管401內(nèi)最底層的小球405頂壓在斜面402上，所述的儲球管401的底端朝向槽型滑道403的一側(cè)開設有第一缺口406，所述儲球管401底端朝向斜面402的一側(cè)設置有第二缺口407，所述的曲柄滑塊組件404用于穿過第二缺口407將儲球管401內(nèi)最底層的小球405從第一缺口406推出，使最底層的小球405從斜面402上進入到槽型滑道403，所述的擋板5豎直設置在平拋裝置4使小球405拋出的一側(cè)，具體到圖1中即為擋板5豎直設置在平拋裝置4的右側(cè)，并連接在所述的橫梁3上，所述的豎直擋板5上依次鋪設有復寫紙和白紙，所述的擋板驅(qū)動裝置5固定在橫梁3上，用于驅(qū)動所述的擋板5在水平方向往復移動，所述的水平底板1上依次鋪設有復寫紙和白紙。

具體的，所述的斜面402、槽型滑道403和儲球管401位于同一豎直平面內(nèi)，應當理解為其中心線位于同一豎直平面內(nèi)；所述儲球管401的內(nèi)徑大于小球405直徑，小于等于1.5倍的小球405直徑為一個優(yōu)選的范圍值，更為優(yōu)選的范圍值為，所述儲球管401的內(nèi)徑大于小球405直徑，小于等于1.2倍的小球405直徑；第一缺口406的大小應當能運行一個小球405自由穿過，但不能允許兩個小球405同時穿過；當然，第二缺口407的大小不能使得一個小球405穿過，但應當允許曲柄滑塊組件404中的滑塊自由進出。

如圖3所示，給出了上述實施方式的工作狀態(tài)，采用上述實施方式在工作時，平拋裝置4中的儲球管401和曲柄滑塊組件404的結合可以解放實驗者的雙手，實驗多次自動化的拋出小球405進行實驗，另外可以通過擋板驅(qū)動裝置5驅(qū)動擋板5往復移動，從的獲得平拋曲線上不同位置的試驗點，當小球405擊中擋板5后會在豎直擋板5上留下?lián)糁悬c，可以平拋曲線該點的縱坐標的坐標值，擊中擋板5的小球405會豎直下落擊中水平，從而獲得另一個擊中點，可以平拋曲線該點橫坐標的坐標值，兩個坐標值集合即可得到曲線上的一個確定點，多次拋出小球405后可以獲得多個確定點，用平滑曲線連接后即可得到平拋曲線。例如，在圖3中，當擋板5運動到圖中最左邊的擋板5位置時，可以在擋板5和水平底板1上分別得到一個橫坐標值和縱坐標值，進而可以確定一個平拋曲線上的點；當擋板5運動到圖中中間的擋板5位置時，可以在擋板5和水平底板1上分別得到另一個一個橫坐標值和縱坐標值，進而可以確定另一個平拋曲線上的點；當擋板5運動到圖中最右邊的擋板5位置時，可以在擋板5和水平底板1上分別得到再一個橫坐標值和縱坐標值，進而可以確定再一個平拋曲線上的點；……；如此往復，理論上可以得到無限多個平拋曲線上的點，只需要將各點用圓滑曲線連線即可以得到平拋曲線，當然在實際操作過程中是在獲得擋板5和水平底板1上多個擊中點后再依次分別對應得到平拋曲線上的多個點。水平底板1上由左至右的橫坐標依次對應于擋板5上由上至下的縱坐標，只需要將其依次對應即可得到平拋曲線上的多個點。

如圖2所示，所述的曲柄滑塊組件404包括依次連接的曲柄4041、連桿4042和滑塊4043，所述的斜面402上設置有滑槽(圖中未示出)，所述的滑塊4043與滑槽相匹配并可以沿所述的斜面402往復滑動。上述的曲柄4041可以通過馬達驅(qū)動，曲柄4041的一端與馬達的輸出軸連接，另一端連接連接，馬達優(yōu)選固定在斜面402上。

在上述實施方式的基礎上，更為具體的，所述的擋板驅(qū)動裝置5包括依次連接的電機601、絲桿602和螺母603，所述的絲桿602通過左軸承座7和右軸承座8固定在橫梁3上，且所述的絲桿602的一端與電機601的輸出軸連接，所述電機601固定在橫梁3上，絲桿602上安裝有與所述絲桿602匹配的螺母603，所述的螺母603的下端與擋板5固定連接。通過啟動電機601，可以驅(qū)動絲桿602旋轉(zhuǎn)，進而帶動螺母603左右移動，實現(xiàn)擋板5的移動，在螺母603旋轉(zhuǎn)至絲桿602端部后，手動控制電機601反轉(zhuǎn)，使得電機601帶動絲桿602反向移動，從而實現(xiàn)往復移動。具體控制電機601正反轉(zhuǎn)的控制方式適用于現(xiàn)有技術。

如圖1所示，所述螺母603的上部連接有定位塊9，所述橫梁3上開設有與絲桿602平行設置的定位槽(圖中未示出)，所述的定位塊9與定位槽配合并可沿所述的定位槽滑動。定位塊9和定位槽的配合可以使得螺母603帶動擋板5移動的過程中不會產(chǎn)生圍繞絲桿602的旋轉(zhuǎn)運動，是擋板5的連接更加穩(wěn)定，保證實驗的精確性。做為更為具體的改進，所述的水平底座上設置有平行于所述絲桿602的滑桿，所述的擋板5的底端連接有滑套，所述的滑套套設在所述滑桿上，所述的滑桿的數(shù)量為多個。

如圖4所示，所述的支架2包括與橫梁3連接的拉桿201和與水平底板1連接的中空管202，所述拉桿201的下端與中空管202的上端套接，所述中空管202和拉桿201之間通過螺栓固定連接，所述拉桿201和中空管202的豎直方向上間隔地開設有多個連接孔203，所述螺栓通過連接孔203橫向貫穿中空管202和拉桿201。通過調(diào)節(jié)中空管202和拉桿201之間的伸縮長度，可以用于調(diào)節(jié)支架2的高度。

如圖5所示，所述支架2包括與所述橫梁3連接的上拉桿204、與水平底板1連接的下拉桿205，以及連接所述上拉桿204和所述下拉桿205的螺筒206，所述螺筒206兩端設置有旋向相反的內(nèi)螺紋，所述上拉桿204和所述下拉桿205設置有與內(nèi)螺紋匹配連接的外螺紋。通過上述的改進，使得調(diào)節(jié)支架2的高度變得更加快捷方便。

如圖6所示，上述的平拋運動物理實驗演示裝置還包括與所述的槽型滑道403平行設置的立板10，所述的立板10上設置有坐標紙?？梢苑奖慵皶r的將試驗多的的坐標點描繪在坐標紙上。

如圖7所示，上述的平拋運動物理實驗演示裝置還包括控制器11和限位傳感器12，所述的限位傳感器12包括第一限位傳感器1201和第二限位傳感器1202，所述的第一限位傳感器1201和第二限位傳感器1202分別設置在所述絲桿602介于左軸承座7和右軸承座8之間部分的兩端處，所述的第一限位傳感器1201和第二限位傳感器1202均通過控制器11與電機601連接。在限位傳感器的限位作用下，控制電機601的正反轉(zhuǎn)，螺母603會在電機601的驅(qū)動下不停地進行前后的往復運動，運動范圍被限制在第一限位傳感器1201和第二限位傳感器1202之間，從而使得擋板5可以隨之一起進行往復運動，不需要通過人工進行控制電機601的正反轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)擋板5往復移動進行多次試驗。優(yōu)選地，所述限位傳感器為光電傳感器，光電傳感器的檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且傳感器的結構簡單，形式靈活多樣。

如圖7所示，具體的工作過程為：工作時，控制器11向電機601發(fā)送控制指令，控制電機601正轉(zhuǎn)，通過輸出軸帶動絲桿602正向旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動螺母603帶動擋板5移動，當?shù)诙尬粋鞲衅?202感應到螺母603時，產(chǎn)生反饋信號并傳輸?shù)娇刂破?1，控制器11生成控制指令傳輸至電機601，并控制電機601快速反轉(zhuǎn)，通過輸出軸帶動絲桿602反向旋轉(zhuǎn)，進入驅(qū)動螺母603帶動擋板5向相反方向返回，當?shù)谝幌尬粋鞲衅?201感應到螺母603時，產(chǎn)生反饋信號并傳輸?shù)娇刂破?1，控制器11生成控制指令傳輸至電機601，并控制電機601再次正轉(zhuǎn)，通過輸出軸帶動絲桿602再次正向旋轉(zhuǎn)，從而完成一次往復，如此反復，即可實現(xiàn)連續(xù)往復移動。具體結合平拋裝置4時，在擋板5向遠離平拋裝置4的方向移動時，開啟曲柄滑塊組件404，釋放小球405進行平拋實驗，當擋板5像靠近平拋裝置4的方向移動時，則關閉曲柄滑塊組件404的工作，待擋板5再次向遠離平拋裝置4的方向移動時，再次開啟曲柄滑塊組件404，如此往復進行實驗。

具體地，上述各實施方式中的電機601和驅(qū)動曲柄的馬達等驅(qū)動設備可以為現(xiàn)有技術中的加減速電機、扭矩電機、伺服電機等等，優(yōu)選配合變頻器使用，但不是唯一限制。

光電傳感器可以為槽型光電傳感器、對射型光電傳感器、反光板型光電開關或擴散反射型光電開關，本實施方式中優(yōu)選采用槽型光電傳感器，即把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)組成槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光，但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作，輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。在本實施方式中，螺母603進入槽中后會遮擋光，光電傳感器便會輸出一個開關控制信號，并將信號傳遞給控制器11，進而控制器11通過對電機601的控制實現(xiàn)電機601轉(zhuǎn)動方向的變化。

在上述實施方式的基礎上，所述限位傳感器為光電傳感器，型號可以為松下cx-442，控制器11為plc控制器11，具體型號可以為西門子s7-300系列。

本發(fā)明實施方式中采用的控制器11還可以由pld(programmablelogicdevice，可編程邏輯器件)或arm處理器等電子芯片模塊編程實現(xiàn)，其具體選用的產(chǎn)品型號根據(jù)實際應用中對處理性能要求的不同而確定，適用于現(xiàn)有技術。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。