一种可控匀变速直线运动实验装置的制作方法

本发明涉及一种物理实验装置，尤其涉及一种可控匀变速直线运动实验装置。

背景技术：

匀变速直线运动是速度均匀变化的直线运动，即加速度不变的直线运动，其速度时间图像是一条倾斜的直线，表示在任意相等的时间内速度的变化量都相同。

在中学物理教学中，匀变速直线运动规律是一个重要学习内容，要想验证匀变速直线运动规律，求出加速的的值，最重要的是让物体产生匀加速运动后，测量在相等的时间内物体相对位移的规律性。在中学物理实验中是让小车做匀加速直线运动，通过打点计时器在纸带上留下的点，说明小车在相等时间内速度的增量相等，或者是沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移的增量相等。存在的问题是：

(1)打点计时器在纸带上留下的点的印记很小很轻，学生很难看到，不适宜做课堂教学实验。

(2)打点计时器每隔0.02s打一次点，打点的频率太高且无法调整，实验小车只能快速运动，否则“点”便连成一片，无法分清，实验瞬间完成，学生无法看到小车运动速度是否发生变化，以及速度变化和纸带上留下的点的相对位移的关系，只能靠教师去讲解，实验效果不好。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种实验装置，解决背景技术中所存在的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

实验装置结构，一种可控匀变速直线运动实验装置，如图1所示，包括：

底板1、圆轮2、辅助电路3、电机4、下触电5、挡钉6、上触点7、直流电源8、画笔9、继电器10、拉线11、定滑轮12、法码13、纸带14、小车15、夹子16、软导线17。

底板1上固定安装电机4及一对常闭触点，包括下触点5及上触电7；

小车15置于底板1上，小车15上固定安装继电器10，在小车15的左端继电器10的衔铁上焊接夹子16，夹子16上加紧一支画笔9；

所述的拉线11一端系在小车的右端，然后绕过定滑轮12悬挂法码13。

所述的上触电7和直流电源8相连接，并通过直流电源8、软导线17、继电器10回到下触点5构成闭合回路。

所述的电机4的输出轴上固定安装圆轮2，圆轮2上内侧面带有挡钉6，电机4旋转时，带动圆轮2旋转，圆轮2每转一周，挡钉6拨动一下触点5，将常闭的下触点5、上触点7打开一次。

所述的电机4为东莞市科隆电机有限公司生产的减速电机，电机型号：12GAN20-10，电压范围3-9V，额定电流0.03A，转速范围15-1000转/分钟。

所述的继电器10，采用温州市振瓯电子元件公司生产的JRX-11小型小功率继电器，工作电流15-60mA，体积小，灵敏度高，常用于自动化装置和通信设备中换接电路用。

所述的直流电源8为04003型双路直流稳压电源，是泰州市永创教学仪器有限公司生产的学生电源，输出电压0～12V连续可调，额定电流1.5A。

所述的辅助电路3包括：电源E为直流电源8的一路输出的电压，可变电阻R为滑动变阻器，滑动变阻器的规格为1安、20欧姆，K为开关。

所述的定滑轮12为可拆卸结构，底板1沿长度方向的中部装有合页，拆下定滑轮12后，底板1右端半部可以和左半部翻转折叠。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种可控匀变速直线运动实验装置，实验原理清晰，结构简单，可视性好，实验过程便于控制，实验成功率高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可控匀变速直线运动实验装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的继电器的原理结构示意图。

图中：1、底板，2、圆轮，3、辅助电路，4、电机，5、下触电，6、挡钉，7、上触点，8、直流电源，9、画笔，10、继电器，11、拉线，12、定滑轮，13、法码，14、纸带，15、小车，16、夹子，17、软导线。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在可控匀变速直线运动实验装置底板1上固定安装电机4及一对常闭触点，期中下触点5为动触点，上触电7为静触点；

将小车15置于底板1上，小车15上固定安装继电器10，在小车15的左端继电器10的衔铁上焊接夹子16，夹子16上加紧一支画笔9，其画笔9的笔尖为含有墨汁的软笔尖；

所述的拉线11一端系在小车的右端，然后绕过定滑轮12悬挂法码13。

所述的上触电7和直流电源8相连接，并通过直流电源8、软导线17、继电器10回到下触点5构成闭合回路。

所述的电机4的输出轴上固定安装圆轮2，圆轮2上内侧面带有挡钉6，电机4旋转时，带动圆轮2旋转，圆轮2每转一周，挡钉6拨动一下触点5，将常闭的下触点5、上触点7打开一次。

本装置采用的直流电源8为04003型双路直流稳压电源，输出电压0～12V连续可调，额定电流1.5A，可同时向电机4及继电器10分别供电。

辅助电路的可变电阻R为滑动变阻器，既可以防止通过电机4电流过大，又可以通过改变电阻R值的大小，改变电机4的转速，并通过圆轮2上的挡钉6控制下触点5动作的频率，以控制继电器10的衔铁开闭的频率。

实验时，首先按图1所示将底板1调整水平，接好电路，将纸带14用胶带粘在底板1上，并保证软导线17的长度满足小车15运行距离的要求。

让直流电源分别向电机4及继电器10供电，初始时下触点5和上触点7处于闭合状态，即继电器10内部的线圈中有电流通过，其磁场将继电器10的衔铁吸合，固接在衔铁上的夹子16带动画笔9处于最底部，即画笔9的笔尖与纸带14接触。

合上开关K后，电机4带动圆轮2转动，同时将悬挂法码13的小车15释放，在恒定法码13的重力作用下，小车15带着继电器10做匀加速直线运动，画笔便在纸带14上开始画线，当电机4带动圆轮2转动一周，圆轮2上的挡钉6将下触点5拨动一次，下触点5和上触点7断开，继电器10的线圈因失电而失去吸力使得继电器的衔铁弹开一次，衔铁通过夹子16带动画笔9上抬一次，画笔9在纸带14上终止划线；挡钉6转过后，下触点5与上触点7再次闭合，固接在衔铁上的夹子16带动画笔9再次处于最底部而和纸带14接触，随着小车15的运动，画笔9继续在纸带14上划线，直到挡钉6再次将下触点5和上触点7断开为止，这样周而复始，随着小车15做匀加速直线运动，纸带14上留下的一段一段的划线，便可以用来研究小车15的运动规律。

在此实验过程中，电机4的电压一定时，其转速是一个定值，每隔相同的时间挡钉6将下触点5和上触点7断开一次，继电器10的衔铁上抬一次，带动画笔9上抬一次，即画笔9每次在纸带14上划线所用的时间均相同，但是由于小车15做匀加速直线运动，所以纸带14上的划线越来越长，即相同的时间段内小车15的位移越来越大，符合物体匀加速运动的规律。这些具有“等时”因素的划线，就可以用来判断物体的运动状态，求出物体运动的加速度。

在上述实验中，改变可变电阻R的大小，即可改变画笔9划线的频率，例如将R值增大，电机4转速降低，挡钉6将下触点5与上触点7断开的频率降低，画笔9在纸带14上停留的时间变长，画笔9在纸带14上的划线也就变长，这样就可以通过改变法码13的重力，改变小车15的质量，使得小车15运动的速度与加速度变小，可以让学生清楚的看到小车运动的状态，是在不断地加快(具有加速度)的，所以在相等的时间内纸带14上的划线越来越长，和小车的瞬时速度越来越大，具有对应的关系。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种可控匀变速直线运动实验装置具有如下特点：

(1)画笔9在纸带14上画出的具有“等时”因素的线段非常清晰，学生都能看到，该装置非常适宜做课堂教学实验。

(2)可以非常方便的调整画笔9划线的频率，可以改变小车15运动的速度与加速度，让学生清楚的看到小车运动的状态与在纸带14上的划线之间的对应关系，实验原理清晰明确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。