物理實驗用演示裝置的製作方法

2023-12-08 13:15:21

本實用新型涉及一種物理實驗用演示裝置，屬於物理實驗裝置技術領域。

背景技術：

物理在初中和高中的學習中至關重要，物理中力學和運動學是學習的基礎，在學習的過程中需要用到各種實驗裝置，現有技術中僅僅依靠教師在講臺上的描述無法使學生更加形象深入的了解相應的情景，需要藉助實驗裝置加以演示，在運動學中探究物體的重量加速度、超重、失重等現象，以及物體在斜面上的運動，現有技術中一個實驗裝置無法結合演示多項運動實驗，造成了資源的浪費，不利於教學的開展。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種物理實驗用演示裝置，通過本裝置可以演示多項物理實驗現象，充分利用了資源，提高了學習的效率。

本實用新型所述的物理實驗用演示裝置，包括底座，底座的下方設有萬向輪，底座的上方設有一豎向支架，豎向支架的上方設有一橫向支架，橫向支架的上方設有第一滑輪支架，橫向支架的一側設有一升降杆，升降杆的外部設有一升降箱，底座的上方設有一雙向電機，雙向電機外部聯接第一牽引繩，第一牽引繩穿過第一滑輪支架聯接升降箱，橫向支架的上方設有第二滑輪支架和第三滑輪支架，升降箱的上方還聯接第二牽引繩，第二牽引繩穿過第二滑輪支架和第三滑輪支架聯接一運動滑道的一端。

在做物理實驗時，需要演示物體的超重和失重現向時，將重物放置在升降箱內，通過雙向電機帶動第一牽引繩在升降杆上運動，雙向電機的雙向運動使第一牽引繩帶動升降箱在升降杆上上升或下降，從而觀察重物的超重和失重現象；當觀察自由落體運動時，將第一牽引繩在升降箱上取下，使升降箱在升降杆上自由下落，觀察重物的運動；同時在升降箱的外部聯接第二牽引繩，第二牽引繩可以聯接在運動滑道的一端，當升降箱運動至不同的高度時，可以使運動滑道處於不同的角度，從而使物體在斜面上運動；也可以使第二牽引繩的一端直接聯接物體，使第二牽引繩帶動物體在平面上運動，觀察摩檫力對物體運動的影響。

所述的升降箱內部的下方設有一壓力傳感器，升降箱的外部設有一測距傳感器，豎向支架的外部設有一顯示器和第一控制器，第一控制器電氣連接壓力傳感器、測距傳感器和顯示器，第一控制器同時通過一無線傳輸模塊與外部終端實現數據通訊。

在超重和失重的實驗中，通過壓力傳感器可以檢測物體的重力，同時結合測距傳感器和速度可以計算運動的加速度，第一控制器實時採集上述檢測的數值通過顯示器顯示出來，顯示的數值也可以通過無線傳輸模塊傳輸至外部終端中直接查看。

所述的運動滑道的一端設有第一擋板，另一端設有第二擋板，運動滑道的底部設有一角度測量器，第一檔板的前方設有第一光電檢測裝置，第二擋板的前方設有第二光電檢測裝置，第一光電檢測裝置和第二光電檢測裝置上分別設有第一光電傳感器和第二光電傳感器，運動滑道的外部設有第二控制器和計時器，第二控制器電氣連接第一光電傳感器、第二光電傳感器和計時器，第二控制器連接無線傳輸模塊。

在實驗時，物體從第一擋板處放下，當運動至第一光電檢測裝置時觸發第一光電傳感器，第一光電傳感器通過第二控制器驅動計時器開始計時，當物體運動至第二光電檢測裝置時，觸發第二光電傳感器，第二控制器驅動計時器停止計時，記錄計時器的時間，同時角度測量器可以測量運動滑道的角度；做平面運動時，可以將第二牽引繩直接聯接在物體上，由雙向電機帶動第二牽引繩使物體在運動滑道上運動，可以在運動滑道上增加不同的摩擦物，觀察物體的運動。

所述的底座上方設有一電源，電源為蓄電池電氣連接第一控制器、壓力傳感器、測距傳感器、顯示器、雙向電機、無線傳輸模塊、第二控制器、計時器、第一光電傳感器和第二光電傳感器。

所述的無線傳輸模塊為WIFI模塊/3G模塊/4G模塊中的一種或多種，無線傳輸模塊為現有技術中的無線傳輸設備。

所述的第一控制器和第二控制器均採用STM32型單片機，測距傳感器採用雷射測距傳感器，STM32型單片機為一種嵌入式單片機，成本低滿足設計需求。

所述的運動滑道一側設有一攝像頭，攝像頭的下方設有一攝像頭支架，通過攝像頭可以拍攝物體的運動情況。

本實用新型與現有技術相比，具有如下有益效果：

提供一種物理實驗用演示裝置，通過本裝置可以演示多項物理實驗現象，操作時靈活方便，可以通過本裝置演示重力加速度實驗，超重失重實驗、物體斜面、平面運動實驗，充分利用了資源，提高了學習的效率，可廣泛應用於物理實驗中。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例中第一控制器的電路連接框圖；

圖3為本實用新型實施例中第二控制器的電路連接框圖；

圖中：1、底座；2、雙向電機；3、壓力傳感器；4、測距傳感器；5、升降箱；6、升降杆；7、橫向支架；8、第一牽引繩；9、第一滑輪支架；10、第二滑輪支架；11、第二牽引繩；12、第三滑輪支架；13、第一擋板；14、第一光電檢測裝置；15、第一光電傳感器；16、顯示器；17、無線傳輸模塊；18、豎向支架；19、第一控制器；20、電源；21、運動滑道；22、計時器；23、第二光電檢測裝置；24、第二光電傳感器；25、第二擋板；26、攝像頭；27、攝像頭支架；28、角度測量器；29、萬向輪。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明：

實施例

如圖1-3所示，本實用新型所述的物理實驗用演示裝置，包括底座1，底座1的下方設有萬向輪29，底座1的上方設有一豎向支架18，豎向支架18的上方設有一橫向支架7，橫向支架7的上方設有第一滑輪支架9，橫向支架7的一側設有一升降杆6，升降杆6的外部設有一升降箱5，底座1的上方設有一雙向電機2，雙向電機2外部聯接第一牽引繩8，第一牽引繩8穿過第一滑輪支架9聯接升降箱5，橫向支架7的上方設有第二滑輪支架10和第三滑輪支架12，升降箱5的上方還聯接第二牽引繩11，第二牽引繩11穿過第二滑輪支架10和第三滑輪支架12聯接一運動滑道21的一端。

為了進一步說明上述實施例，升降箱5內部的下方設有一壓力傳感器3，升降箱5的外部設有一測距傳感器4，豎向支架18的外部設有一顯示器16和第一控制器19，第一控制器19電氣連接壓力傳感器3、測距傳感器4和顯示器16，第一控制器19同時通過一無線傳輸模塊17與外部終端實現數據通訊。

為了進一步說明上述實施例，運動滑道21的一端設有第一擋板13，另一端設有第二擋板25，運動滑道21的底部設有一角度測量器28，第一檔板13的前方設有第一光電檢測裝置14，第二擋板25的前方設有第二光電檢測裝置23，第一光電檢測裝置14和第二光電檢測裝置23上分別設有第一光電傳感器15和第二光電傳感器24，運動滑道21的外部設有第二控制器和計時器22，第二控制器電氣連接第一光電傳感器15、第二光電傳感器24和計時器22，第二控制器連接無線傳輸模塊17。

為了進一步說明上述實施例，底座1上方設有一電源20，電源20為蓄電池電氣連接第一控制器19、壓力傳感器3、測距傳感器4、顯示器16、雙向電機2、無線傳輸模塊17、第二控制器、計時器22、第一光電傳感器15和第二光電傳感器24。

為了進一步說明上述實施例，無線傳輸模塊17為WIFI模塊/3G模塊/4G模塊中的一種或多種。

為了進一步說明上述實施例，第一控制器19和第二控制器均採用STM32型單片機，測距傳感器4採用雷射測距傳感器。

為了進一步說明上述實施例，運動滑道21一側設有一攝像頭26，攝像頭26的下方設有一攝像頭支架27。

本實施例的工作原理為：在做物理實驗時，需要演示物體的超重和失重現向時，將重物放置在升降箱5內，通過雙向電機2帶動第一牽引繩8在升降杆6上運動，雙向電機2的雙向運動使第一牽引繩8帶動升降箱5在升降杆6上上升或下降，從而觀察重物的超重和失重現象，通過壓力傳感器3可以檢測物體的重力，同時結合測距傳感器4和速度可以計算運動的加速度，第一控制器19實時採集上述檢測的數值通過顯示器16顯示出來，顯示的數值也可以通過無線傳輸模塊17傳輸至外部終端中直接查看；當觀察自由落體運動時，將第一牽引繩8在升降箱5上取下，使升降箱5在升降杆6上自由下落，觀察重物的運動；同時在升降箱5的外部聯接第二牽引繩11，第二牽引繩11可以聯接在運動滑道21的一端，當升降箱5運動至不同的高度時，可以使運動滑道21處於不同的角度，從而使物體在斜面上運動，物體從第一擋板13處放下，當運動至第一光電檢測裝置14時觸發第一光電傳感器15，第一光電傳感器15通過第二控制器驅動計時器22開始計時，當物體運動至第二光電檢測裝置23時，觸發第二光電傳感器24，第二控制器驅動計時器22停止計時，記錄計時器22的時間，同時角度測量器28測量運動滑道21的角度；第二控制器和第一光電傳感器15、第二光電傳感器24的具體電路結構依據現有技術實施；也可以使第二牽引繩11的一端直接聯接物體，使第二牽引繩11帶動物體在平面上運動，在運動滑道21上增加不同的摩擦物，觀察摩檫力對物體運動的影響。

採用以上結合附圖描述的本實用新型的實施例的物理實驗用演示裝置，通過本裝置可以演示多項物理實驗現象，充分利用了資源，提高了學習的效率。但本實用新型不局限於所描述的實施方式，在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下這些對實施方式進行的變化、修改、替換和變形仍落入本實用新型的保護範圍內。