本發(fā)明涉及試驗(yàn)器材，尤其涉及一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材。

背景技術(shù)：

1、在物理學(xué)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中，碰撞實(shí)驗(yàn)是理解動量守恒定律、動能定理以及能量轉(zhuǎn)換等核心概念的重要手段。特別是高中物理教學(xué)中，一維碰撞實(shí)驗(yàn)因其簡化性和直觀性，被廣泛用于培養(yǎng)學(xué)生的物理直覺和實(shí)驗(yàn)技能。在一維碰撞中，測出相碰的兩物體的質(zhì)量m1、m2和碰撞前、后物體的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的動量p＝m1v1+m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′+m2v2′，看碰撞前、后動量是否相等。

2、現(xiàn)有課本原始試驗(yàn)(參考說明書附圖圖5)的實(shí)驗(yàn)方法為：不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次.用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心p就是小球落點(diǎn)的平均位置。把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度(上一同步驟中的高度)自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次.用上一步驟的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置m和被撞小球落點(diǎn)的平均位置n。連接on，測量線段op、om、on的長度.將測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1·op＝m1·om+m2·on，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。

3、上述現(xiàn)有的高中物理碰撞試驗(yàn)器材，試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本靠師生手工測量，可以較好地讓學(xué)生參與試驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)精神。但是由于缺少自動化和電子化，實(shí)際結(jié)果多有較大的主觀誤差，無法達(dá)到較好的試驗(yàn)效果。同時，通過理論分析可以得出上述試驗(yàn)誤差基本都在5％以上，無法達(dá)到“在誤差允許范圍內(nèi)”的預(yù)期效果。而且上述試驗(yàn)對于動量守恒定律的檢驗(yàn)有很大的局限性，根據(jù)理論分析可知，上述試驗(yàn)進(jìn)行的前提是入射小球質(zhì)量m1>被撞小球質(zhì)量m2。

4、上述試驗(yàn)所用小球在滾下時具有轉(zhuǎn)動的運(yùn)動狀態(tài)，因此具有角動量，實(shí)際碰撞時角動量也會轉(zhuǎn)換為動量，而p點(diǎn)測量的動量不包含這一部分角動量轉(zhuǎn)換而來的動量，于是在實(shí)際試驗(yàn)中其實(shí)是幾乎無法做到誤差5％以內(nèi)的預(yù)期試驗(yàn)效果的。根據(jù)動量守恒定律可推得，當(dāng)入射小球質(zhì)量m1<被撞小球質(zhì)量m2時，入射小球會被反彈回去，無法順利完成試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，解決了上述背景技術(shù)中提出的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，包括試驗(yàn)架和智能終端，所述試驗(yàn)架的底部設(shè)置有夾層空間，所述夾層空間將試驗(yàn)架分底部分隔成兩側(cè)空間，所述試驗(yàn)架的頂部外壁貫穿開設(shè)有排孔，所述排孔對稱設(shè)置在試驗(yàn)架的頂部，所述排孔的內(nèi)壁穿插設(shè)置有連接繩，所述連接繩的一端穿插設(shè)置于排孔內(nèi)，所述連接繩通過排孔系帶于試驗(yàn)架上，其中一個連接繩的一端固定連接有入射小球，其中一個連接繩的一端固定連接有被撞小球，所述試驗(yàn)架的內(nèi)壁底部設(shè)置有紅外傳感器一和紅外傳感器二，所述紅外傳感器一設(shè)置于紅外傳感器二的一側(cè)，兩個紅外傳感器一、紅外傳感器二對稱設(shè)置在試驗(yàn)架的兩側(cè)，所述試驗(yàn)架的內(nèi)側(cè)底部固定連接有底板，所述底板的頂部外壁設(shè)置有刻度線，所述夾層空間內(nèi)安裝有嵌入式藍(lán)牙終端，所述試驗(yàn)架的一側(cè)設(shè)置有智能終端。

3、優(yōu)選的，所述排孔對稱設(shè)置在試驗(yàn)架的頂部，所述排孔呈均勻線性陣列分布在試驗(yàn)架上。

4、優(yōu)選的，所述試驗(yàn)架的底部設(shè)置有滑軌，所述滑軌的頂部外壁開設(shè)有滑槽，所述紅外傳感器一和紅外傳感器二的底部外壁與滑槽的內(nèi)壁滑動連接。

5、優(yōu)選的，嵌入式藍(lán)牙終端將速度數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙通信以notification服務(wù)形式廣播傳遞至智能終端。

6、優(yōu)選的，所述紅外傳感器一、紅外傳感器二與嵌入式藍(lán)牙終端電性連接。

7、優(yōu)選的，所述試驗(yàn)架的背側(cè)外壁固定連接有軌跡分劃板。

8、與相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材具有如下有益效果：

9、1、本發(fā)明提供一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，試驗(yàn)儀器專用嵌入式智能終端可以根據(jù)情況自動判斷m1與m2的大小關(guān)系從而正確記錄v0、v1、v2；試驗(yàn)儀器用戶交互界面可以輸入試驗(yàn)用小球參數(shù)、接收試驗(yàn)儀器的藍(lán)牙廣播、顯示試驗(yàn)儀器測得數(shù)據(jù)、計(jì)算并顯示試驗(yàn)儀器在實(shí)際操作中的誤差。

10、2、本發(fā)明提供一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，在保持學(xué)生試驗(yàn)參與度的前提下，用合理的成本投入，顯著提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度、直觀度，有效降低主觀試驗(yàn)誤差，到達(dá)了高中物理課本允許的試驗(yàn)誤差要求，同時讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的范圍得到擴(kuò)大而更具普適性，同時迎合了當(dāng)下信息化教育的國家戰(zhàn)略方針。

11、3、本發(fā)明提供一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，參考牛頓擺的設(shè)計(jì)，以防止小球發(fā)生不必要的轉(zhuǎn)動，從而解決了角動量會轉(zhuǎn)換為動量的理論問題，也可以測量小球被反彈回來的運(yùn)動狀態(tài)，提高了試驗(yàn)驗(yàn)證動量守恒定律的普適性。

12、4、本發(fā)明提供一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，借助嵌入式單片機(jī)及其自動化控制技術(shù)、模擬電路及傳感器驅(qū)動技術(shù)、藍(lán)牙無線通信接口程序技術(shù)和高中物理試驗(yàn)教學(xué)平臺二次開發(fā)相關(guān)技術(shù)，試驗(yàn)器材內(nèi)嵌藍(lán)牙智能終端，實(shí)現(xiàn)了直觀反映試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差的目的。

技術(shù)特征：

1.一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，包括試驗(yàn)架(1)和智能終端(14)，其特征在于：所述試驗(yàn)架(1)的頂部外壁貫穿開設(shè)有排孔(3)，所述排孔(3)的內(nèi)壁穿插設(shè)置有連接繩(4)，所述連接繩(4)的一端穿插設(shè)置于排孔(3)內(nèi)，所述連接繩(4)通過排孔(3)系帶于試驗(yàn)架(1)上，其中一個連接繩(4)的一端固定連接有入射小球(5)，其中一個連接繩(4)的一端固定連接有被撞小球(6)，所述試驗(yàn)架(1)的內(nèi)壁底部設(shè)置有紅外傳感器一(7)和紅外傳感器二(8)，所述紅外傳感器一(7)設(shè)置于紅外傳感器二(8)的一側(cè)，兩個紅外傳感器一(7)、紅外傳感器二(8)對稱設(shè)置在試驗(yàn)架(1)的兩側(cè)，所述試驗(yàn)架(1)的內(nèi)側(cè)底部固定連接有底板(11)，所述底板(11)的頂部外壁設(shè)置有刻度線(12)，所述試驗(yàn)架(1)的底部設(shè)置有夾層空間(2)，所述夾層空間(2)將試驗(yàn)架(1)分底部分隔成兩側(cè)空間，所述夾層空間(2)內(nèi)安裝有嵌入式藍(lán)牙終端(13)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，其特征在于：所述排孔(3)對稱設(shè)置在試驗(yàn)架(1)的頂部，所述排孔(3)呈均勻線性陣列分布在試驗(yàn)架(1)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，其特征在于：所述試驗(yàn)架(1)的底部設(shè)置有滑軌(9)，所述滑軌(9)的頂部外壁開設(shè)有滑槽(10)，所述紅外傳感器一(7)和紅外傳感器二(8)的底部外壁與滑槽(10)的內(nèi)壁滑動連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，其特征在于：嵌入式藍(lán)牙終端(13)將速度數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙通信以notification服務(wù)形式廣播傳遞至智能終端(14)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，其特征在于：所述紅外傳感器一(7)、紅外傳感器二(8)與嵌入式藍(lán)牙終端(13)電性連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，其特征在于：所述試驗(yàn)架(1)的背側(cè)外壁固定連接有軌跡分劃板(15)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，涉及試驗(yàn)器材技術(shù)領(lǐng)域。該新型高中物理碰撞試驗(yàn)器材，包括試驗(yàn)架和智能終端，試驗(yàn)架的頂部外壁貫穿開設(shè)有排孔，排孔對稱設(shè)置在試驗(yàn)架的頂部，排孔的內(nèi)壁穿插設(shè)置有連接繩，連接繩的一端穿插設(shè)置于排孔內(nèi)，連接繩通過排孔系帶于試驗(yàn)架上，其中一個連接繩的一端固定連接有入射小球，其中一個連接繩的一端固定連接有被撞小球，試驗(yàn)架的內(nèi)壁底部設(shè)置有紅外傳感器一和紅外傳感器二。本發(fā)明在保持學(xué)生試驗(yàn)參與度的前提下，用合理的成本投入，顯著提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度、直觀度，有效降低主觀試驗(yàn)誤差，到達(dá)了高中物理課本允許的試驗(yàn)誤差要求，同時讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的范圍得到擴(kuò)大而更具普適性。

技術(shù)研發(fā)人員：廖競越
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廖競越
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6