一种水平度自调节的平抛运动演示仪器的制作方法

本发明涉及物理实验演示设备领域，特别涉及一种水平度自调节的平抛运动演示仪器。

背景技术：

平抛运动的实验是物理实验中必做的实验项目之一，现市面中存在多种多样的平抛运动实验器材，这些实验器材的各部件较为零散，且均需要实验者人工安装各部件及手动调节平抛运动平抛轨道水平段的水平度，该调节过程较为耗时，且不易调节，调节的精确度也不高，这样会给实验带来人为误差，致使实验结果不准确。

技术实现要素：

鉴于上述内容，有必要提供一种水平度自调节的平抛运动演示仪器，该水平度自调节的平抛运动演示仪器能够自动调节演示仪器的水平度，省时省力，且其结构简单，易操作。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种水平度自调节的平抛运动演示仪器，包括演示面板，所述演示面板的一外侧面上设置有用于固定平抛轨道的固定装置和与演示面板滑动连接的接球槽，该外侧面相邻的两侧边沿上设置有竖直杆和水平杆；所述竖直杆和水平杆在该外侧面上相互垂直设置，所述水平杆与接球槽、固定装置固定的平抛轨道水平段均平行设置；

所述水平杆两端分别设置有用于支撑演示面板的第一支撑脚和第二支撑脚；所述第一支撑脚铰接在水平杆上，所述第二支撑脚通过水平调节装置连接在水平杆上；还包括控制器，所述控制器连接水平调节装置，并通过驱动所述水平调节装置促使水平杆绕着第一支撑脚所在端旋转；

所述演示面板内设重锤装置和感应装置，所述重锤装置悬挂在与演示面板安装接球槽的外侧面相平行的平面上；所述感应装置包括第一感应器和与该第一感应器相配合的第二感应器，所述第一感应器安装在重锤装置的自由端上，其感应部位裸露在自由端外侧，所述第二感应器安装在与该外侧相向的平面上，其感应部位朝向第一感应器所在侧；所述第二感应器的感应部位与重锤装置悬挂端的连线平行于竖直杆；

当所述第一感应器的感应部位与重锤装置悬挂端的连线重叠于第二感应器的感应部位与该悬挂端的连线时，所述第一感应器和第二感应器相互感应，且两者至少存在一个感应器能够生成相应的感应信号并通过与所述控制器连接将该感应信号发于控制器，所述控制器再根据所接收的感应信号驱动水平调节装置停止运行；反之，所述控制器驱动水平调节装置调节水平杆的水平度。

进一步地，所述重锤装置的自由端相对悬挂端靠近水平杆；所述重锤装置的悬挂端至第一感应器感应部位的距离等于该悬挂端至第二感应器感应部位的距离。

进一步地，所述第一支撑脚和第二支撑脚的底面均安装有与控制器相连接的压力传感器；所述压力传感器能够感应其所在支撑脚所受到的感应压力，并生成相应的压力感应信号发于所述控制器，所述控制器再根据所接收到的压力感应信号控制水平调节装置的运行方向。

进一步地，所述演示面板安装接球槽的外侧面上设置有原点，所述固定装置固定的平抛轨道水平段的出口端覆盖在该原点上。

进一步地，所述演示面板安装接球槽的外侧面上设置有过原点的水平基准线和竖直基准线；所述水平基准线分别与竖直基准线、竖直杆相垂直。

进一步地，所述水平基准线和竖直基准线上均设有刻度。

进一步地，所述演示面板安装接球槽的外侧面上设置有滑轨，所述滑轨与竖直杆平行设置，并从所述水平杆所在侧延伸至固定装置所在侧；所述接球槽槽口朝向固定装置，并通过所述滑轨上滑动连接演示面板。

进一步地，所述竖直杆朝向固定装置的一侧面上设有刻度。

进一步地，所述接球槽侧面上设有刻度，该侧面为槽口所在面或者与所述演示面板安装接球槽的外侧面相对且平行但不接触。

进一步地，所述演示面板安装接球槽的外侧面上至少有一处的面壁上采用磁性材质制作。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明将普通平抛运动实验过程所使用到的用于调节平抛轨道水平段水平度的重锤装置集成于演示面板内，避免实验器具因零散放置而丢失的情况，且携带方便；再者，将该重锤装置与同在演示面板内的感应装置相配合，加之控制器及安装在第二支撑脚和水平杆之间的水平调节装置，共同起到了自动调节水平度的作用，相较于人工调节，其精确度更高，自动化程度高，省时省力。

2.本发明所设计的平抛运动演示仪器既可作为平抛运动实验的仪器，又可作为弹簧的弹力实验，亦可作为普通磁性板使用，其功能多样，适用范围广，经济实用。

【附图说明】

图1是本发明一种水平度自调节的平抛运动演示仪器安装平抛轨道时的结构示意图。

图2是本发明水平度自调节的平抛运动演示仪器内部剖视的结构示意简图。

主要元件符号说明

图中，演示面板1、固定装置2、接球槽3、滑轨31、竖直杆4、水平杆5、第一支撑脚6、第二支撑脚7、水平调节装置8、重锤装置9、感应装置10、第一感应器101、第二感应器102、平抛轨道20、压力传感器30、原点40、水平基准线50、固定点501、竖直基准线60。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

【具体实施方式】

请参阅图1至图2，在本发明的一种较佳实施方式中，一种水平度自调节的平抛运动演示仪器，包括一演示面板1和一控制器。演示面板1的一外侧面上设置有用于固定平抛轨道20的一固定装置2和与演示面板1滑动连接的一接球槽3，该外侧面相邻的两侧边沿上设置有一竖直杆4和一水平杆5；竖直杆4和水平杆5在该外侧面上相互垂直设置，水平杆5与接球槽3、固定装置2固定的平抛轨道20水平段均平行设置。水平杆5两端分别设置有用于支撑演示面板1的一第一支撑脚6和一第二支撑脚7；第一支撑脚6铰接在水平杆5上，第二支撑脚7通过水平调节装置8连接在水平杆5上，水平调节装置8连接控制器，控制器通过驱动水平调节装置8促使水平杆5绕着第一支撑脚6所在端旋转。演示面板1内设一重锤装置9和一感应装置10，重锤装置9悬挂在与演示面板1安装接球槽3的外侧面相平行的平面上；感应装置10包括一第一感应器101和与该第一感应器101相配合的一第二感应器102，第一感应器101安装在重锤装置9的自由端上，其感应部位裸露在自由端外侧，第二感应器102安装在与该外侧相向的平面上，其感应部位朝向第一感应器101所在侧；第二感应器102的感应部位与重锤装置9悬挂端的连线平行于竖直杆4。

当第一感应器101的感应部位与重锤装置9悬挂端的连线重叠于第二感应器102的感应部位与该悬挂端的连线时，第一感应器101和第二感应器102相互感应，且两者至少存在一个感应器能够生成相应的感应信号并通过与控制器连接将该感应信号发于控制器，控制器再根据所接收的感应信号驱动水平调节装置8停止运行；反之，控制器驱动水平调节装置8调节水平杆5的水平度。优选地，控制器安装在演示面板1上。

本发明通过演示面板1内设的重锤装置9和感应装置10、安装在第二支撑脚7和水平杆5之间的水平调节装置8及分别与感应装置10和水平调节装置8连接的控制器实现所述水平度自调节的平抛运动演示仪器的水平度自调节，其中，重锤装置9和感应装置10共同作用来感应演示面板1放置时的水平度，水平调节装置8配合感应装置10的感应情况来调节水平杆5两端的相对位置，控制器则作为水平度自调节过程的总控制器件，能够分析判断所接收的信息，并根据判断结果向相应的部件发出控制指令。

进一步地，重锤装置9的自由端相对悬挂端靠近水平杆5，其悬挂端至第一感应器101感应部位的距离等于该悬挂端至第二感应器102感应部位的距离，以便于第一感应器101和第二感应器102之间能够正确感应。

为了提高水平度调节的准确性和速度，本发明在第一支撑脚6和第二支撑脚7的底面均安装有与控制器相连接的一压力传感器30，压力传感器30能够感应其所在支撑脚所受到的感应压力，并生成相应的压力感应信号发于控制器，控制器再根据所接收到的压力感应信号控制水平调节装置8的运行方向。该压力传感器30能够帮助控制器正确的驱动水平调节装置8的运行方向，加快水平杆5水平度的调节，其主要是根据力平衡原理设置的，即当演示面板1倾斜，其上的水平杆5不水平时，第一支撑脚6和第二支撑脚7承受的压力各不相同，而相应的压力传感器30所感应的压力值也随之不相同，控制器则根据两压力传感器30所感应到的压力值大小来调节水平调节装置8的运行方向。当第一支撑脚6上的压力传感器30感应到的压力值大于第二支撑脚7上压力传感器30感应到的压力值时，控制器驱动水平调节装置8促使水平杆5绕第一支撑脚6在平行于演示面板1安装接球槽3外侧面的平面内向下旋转；反之向上旋转。通过该方式可促使第一支撑脚6和第二支撑脚7承受的压力均衡、水平杆5处于水平状态。

在本发明中，水平调节装置8为能够推动水平杆5第二支撑脚7所在端相对第一支撑脚6所在端上下运动的结构，其可为具有伸缩结构的液压缸，也可为配置有驱动电机的丝杆组件。

进一步地，为了便于平抛运动实验的测量与定位，本发明在演示面板1安装接球槽3的外侧面上设置有一原点40、过该原点40的一水平基准线50和一竖直基准线60，并在该水平基准线50和竖直基准线60上均设有刻度，其中，水平基准线50还分别与竖直基准线60、竖直杆4相垂直。优选地，水平基准线50和竖直基准线60上还标注有与刻度相应的刻度值，其中，两者的零刻度值均在原点40处。

优选地，固定装置2放置在原点40旁，其固定的平抛轨道20水平段的出口端覆盖在原点40上；固定装置2为卡合结构，其通过卡接平抛轨道20水平段来固定平抛轨道20；固定装置2位于水平杆5上方，并与接球槽3设置在水平杆5、竖直杆4和演示面板1除水平杆5和竖直杆4所在边沿外的两边沿形成结构形状的内侧。

进一步地，演示面板1安装接球槽3的外侧面上设置有滑轨31，该滑轨31与竖直杆4平行设置，并从水平杆5所在侧延伸至固定装置2所在侧；接球槽3槽口朝向固定装置2，并通过滑轨31上滑动连接演示面板1，能够沿着滑轨31朝着固定装置2所在处或者背离固定装置2所在处运动。优选地，滑轨31与竖直杆4平行设置；接球槽3侧面上设有刻度及相应的刻度值，该侧面为槽口所在面或者与演示面板1安装接球槽3的外侧面相对且平行但不接触，以便于获知平抛运动时掉落在接球槽3内小球的水平坐标，接球槽3再配合竖直基准线60上的刻度，又可获得小球的竖直坐标。在本发明中，竖直杆4朝向固定装置2的一侧面上也设有刻度及相应的刻度值，可配合接球槽3使用，便于实验者多角度观测小球的坐标。而为了便于接球槽3配合竖直杆4上的刻度使用，将接球槽3在水平方向的长度延伸至竖直杆4处，延伸至竖直杆4的该端不连接竖直杆4。

本发明为了使所述水平度自调节的平抛运动演示仪器在不进行平抛运动试验时也能够应用于其他物理实验或者作为常用的演示平板使用，将演示面板1安装接球槽3的外侧面采用磁性材质制作，且该磁性材料至少存在该外侧面面壁上的一处，以利用磁性材料磁性吸合作用固定纸张，该纸张可为实验过程所使用到的纸张，也可为其他用处的纸张，另外，该磁性材料还可以用于固定其他实验器具，例如进行弹簧的弹力与伸长长度关系的物理实验时所使用到的弹簧。优选地，原点40所在处的面壁采用磁性材料制作；在水平基准线50上存在一个以上的固定点501，该固定点501采用磁性材料制作，且与原点40间隔设置，当固定点501的数量大于两个时，所有的固定点501均间隔设置，以便于固定需要固定的纸张或者实验器具。

在本发明的另一实施方式中，为了提高演示面板1设置有原点40的外侧面的平整度，在该侧面上开设有能够容置接球槽3的一容置槽，该容置槽设置在水平杆5一侧，并与水平杆5平行设置；同时，接球槽3连接的滑轨31靠近水平杆5的一端延伸至容置槽内，接球槽3通过滑轨31滑出容置槽。该容置槽的设置，可使接球槽3在不使用时能够隐藏在容置槽内，提高演示面板1平整度的同时，还能够使接球槽3具有防尘防灰作用。

另外，滑轨31还可以以内嵌的形式设置在演示面板1外侧面上。

本发明主要用于平抛运动的实验，其在进行平抛运动实验时，通过重锤装置9、感应装置10、水平调节装置8、压力传感器和控制器的共同作用来自动调节演示仪器的水平度，该调节过程的系统原理如下：

1)第一感应器101和第二感应器102相互感应，并将感应信号发于控制器；

2)当控制器接收到感应信号时，控制器控制水平调节装置8停止运行，并返回步骤1)；反之，进入步骤3)；

3)第一支撑脚6和第二支撑脚7上的压力传感器30感应两支撑脚所受到的压力，并将生成的压力感应值信号发于控制器；

4)当第一支撑脚6上压力传感器30发送的压力感应值信号大于第二支撑脚7上压力传感器30发送的压力感应值信号时，控制器驱动水平调节装置8带动水平杆5第二支撑脚7所在端向下运行，并返回步骤1)；反之，控制器驱动水平调节装置8带动水平杆5第二支撑脚7所在端向上运行，并返回步骤1)。

本发明还可用于弹簧的弹力与伸长长度关系的实验，其实验过程如下：首先，调节演示仪器的水平度；然后，将实验弹簧的一端通过磁性固定件固定悬挂在演示面板1具有磁性材料的部位(原点40或者固定点501)，另一端自由放置，并在该端悬挂定额重力磅，当弹簧平衡后，记录下弹簧此时的长度；重复更换重力磅，并记录下重力磅对应的长度值，实验几次后，将弹簧卸下即可。

实验后对于长度的测量，可利用接球槽3和竖直杆4或竖直基准线60上的刻度进行测量。

本发明亦可用于固定纸张，纸张通过外加的可与磁性材料吸合的磁性固定件固定在演示面板1具有磁性材料的部位(原点40或者固定点501)，该纸张可为物理实验过程所使用的纸张，也可为用作通知的纸质文件，使得演示面板1不仅仅用在物理实验过程，还可以作为普通的磁性板使用。

本发明所设计的平抛运动演示仪器能够自动调节演示仪器的水平度，省时省力，且其结构简单，易操作；另外，该平抛运动演示仪器既可作为平抛运动实验的仪器，又可作为弹簧的弹力实验，亦可作为普通磁性板使用，其功能多样，适用范围广，经济实用。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。