专利名称：光电计时测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测试仪，尤其是用于物理教学实验的一种计时兼测位移的光电计时测试仪。
目前，在物理教学中是采用打点计时器和气垫导轨对运动参量进行测定。这些仪器在运用中操作繁锁，不易调节，精度低，误差大，很难为教学取得满意的效果。中国专利87215593公布了一种《小型轨道测速仪》，这种测速仪由间隔安装在轨道钢轨内测的两个磁电式传感器和自动计时打印计算器组成，它采用了大规模集成电路技术制成的单片微机和滤除干扰信号的抗干扰电路装置，因而它成本高，并且它只能测试速度，不能测试其它运动参数，所以它不能作为教学仪器来进行物理实验。
本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，能做多种物理实验的光电计时测试仪。它可通过测试物体运动的时间和位移，验证物体运动规律和守恒定律。
本实用新型的目的是这样实现的制作一导轨、小车和有刻度的测试台。将导轨位于测试台的台面上；测试台的一端安装升降螺丝，一端安装滚轮。通过升降螺丝调节测试台与水平面的夹角。在导轨上放置小车，小车经细线及滚轮与法码连接。小车上有电源开关及线光束灯。在测试台的刻度尺上夹持三只相同的光敏管，把三只光敏管的接线插头插入计时器插孔内。
当小车上的电源开关闭合时，小车上的线光束灯开亮，小车沿导轨从左向右运动，车上的线光束依次照射到光敏管上，三只光敏管各自产生一个开关信号，控制计时器计时的启停，从而达到计时的目的。小车运动经过光敏管之间的位移，可直接从试台的刻度尺上读出。
通过调节光敏管之间的距离和改变小车及法码的质量，可测出不同的时间和位移，从而演示分析物体的运动性质，验证有关物理定律。
采用上述方案，结构简单，成本低，使用方便，在物理教学实验中误差小，能获得较好的效果，它可做以下物理实验1.演示物体做匀速直线运动；2.研究匀加速直线运动的规律；3.验证牛顿第二定律；4.验证动量守恒定律；5.验证机械能守恒定律。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型的整体结构图，也是本实用新型的一个实施例。
图2是本实用新型用于演示物体做匀速直线运动实验的原理示意图。
图3是本实用新型用于研究匀加速直线运动和验证牛顿第二定律实验的原理示意图。
图4是本实用新型用于验证动量守恒定律实验的原理示意图。
图5是本实用新型用于验证机械能守恒定律实验的原理示意。
在
图1中，本实用新型由测试台1、导轨2、小车3、法码6、三只光敏管7、计时器8等组成。在测试台1上有挡板5和刻度尺11。在小车3和挡板5的接触面上贴有尼龙搭扣。防止小车3越出台面和作碰撞实验的粘贴物。导轨2位于测试台1台面上，测试台面一头安装升降螺丝4，另一头安装滚轮14。小车3放置在导轨2上，小车3上有电源开关12和线光束灯13，小车3内可装入两节5号电池于电池盒中。小车3的一端经细线15及滚轮14与法码6连接。三只光敏管7是三只光敏三极管BG1、BG2、BG3，它们分别夹在轨道旁边的刻度尺11上，尾部的接线插头插入计时器8的插孔内。在计时器8内部有电子秒表，在计时器8外部有显示窗16，复零按钮9和起动停止按钮10。
本实用新型可用于作如下物理实验(一).演示物体做匀速直线运动(如图2所示)1组装仪器及平衡摩擦把本实用新型中的细线15和法码6取下，将导轨2水平放置，调节升降螺丝4，使小车3置于轨道任何一处都能刚好静止；把三只光敏管BG1、BG2、BG3等距离夹到轨道旁的刻度尺11上，并与计时器8连接好，按下计时器8上的复零按钮9使显示窗16的数全部为0。闭合小车3的电源开关12，使小车3在轨上以一定初速沿光敏管BG1→BG3方向自由运动。车过三只光敏管后，读出计时器8计的两个时间，若t＝2t1，说明小车受的摩擦已平衡，否则再调整升降螺丝4，再试，直到t＝2t1。
2.演示匀速直线运动在平衡了摩擦后，增大或减小三只光敏管之间的相等距离(始终保持S1＝S2)，测出各次小车运动的两段时间，总有t＝2t1(即t1＝t2)。说明小车通过任何相等距离所用的时间都相等，故是匀速直线运动。
(二)研究匀加速直线运动(如图3所示)
1.判断小车是否作匀加速直线运动初速为零的匀加速直线运动，连续相等相间内的位移之比是1357......。反之，如果初速度为0，连续相邻时间的位移之比为1357......，且各段位移的时间相等，则这个运动必是匀加速直线运动。
将小车置于轨道的最左端，记下线光源所处的位置即0点，把三只光敏管夹于轨道相距为OBG1＝S，BG1BG2＝3S，BG2BG3＝5S三处。使小车由静止开始运动，经过光敏管BG1、BG2、BG3后，读出t1、t，若t＝2t1(t1＝t2)说明是匀加速直线运动。
2.测小车的加速度和即时速度因小车做匀加速直线运动，故有3S＝V1t1＋at21／28S＝V1t1＋at21／2得a＝2s／t21V1＝2S／t1V2＝V1＋at1＝4S／t1同理V3＝6S／t1。
(三).验证牛顿第二定律(即F＝ma)如图3所示，在完成第一实验后，加上细线15和法码6，调节小车初始位置(0点)及光敏三极管BG1、BG2、BG3之间的距离，使它们之间的距离比为135，即OBG1为S，BG1BG2为3S，BG2BG3为5S。假定小车3的质量为M，法码6的质量为m。
1.验证a与F的正比关系保持小车质量M一定，改变拉力F的大小(即法码质量m)，测出各次的加速度a(a＝2s／t21)。
比较各次对应的比值Fn／Fn＋1，an／an＋1(n为次数)，若他们相等，可得出加速度与拉力成正比。
注用此仪器做这个实验时，M／m之比大约取10～20，实验误差才较小，可小于5％。
2.验证a与M的反比关系保持拉力F(即法码m)一定，改变小车质量M，测出各次加速度(方法同上)。
比较各次对应的Mn／Mn－1，an－1／an，若它们相等，可得出加速度与质量成反比。
注M／F之比大约取10～15左右，实验误差才较小，可小于5％。
(四).验证动量守恒定律实验装置示意图如图4所示，首现完成实验一的步骤。再将A车置于光敏管BG1左端，B车置于BG2附近且静止。然后使A车以一定初速度VA向B车运动，A与B碰撞后连为一体继续运动经过光敏管BG3。从计时器读出A车经过BG1、BG2两点所用的时间和A、B车连为一体经过BG2、BG3之间所用的时间，再读出BG1与BG2、BG2与BG3之间的距离，则可算出A车在BG1与BG2之间的速度VA和A、B车一起运动的速度VAB，进一步算得A车碰前的动量MAVA和两车向相连后的总动量(MA＋MB)VAB，比较有MAVA＝(MA＋MB)VAB，说明碰撞前后动量相等，即动量守恒。
(五).验证机械能守恒定律实验装置示意图5所示，将光敏管BG1和BG3夹于轨道旁，相距适当，再完成实验一的过程。小车来始运动前，线光束与BG1在同一竖直线上，用物块挡住光孔，并卡住小车。然后闭合电源开关，同时抽出挡光物块释放小车。最后读出BG1与BG3之间的距离S和小车经过BG1与BG3之间所用的时间t，则可计算V＝2s／t，再算出小车、砝码的总动能EK＝(M＋m)V2／2与砝码下降减少的势能EP＝mgs比较，相等，说明机械能守恒。
权利要求1.一种光电计时测试仪，包括导轨(2)、光敏管(7)、计时器(8)，其特征在于(1).导轨(2)位于测试台(1)的台面上，测试台(1)一端安装升降螺丝(4)，一端安装滚轮(14)；(2).在导轨(2)上放置小车(3)，小车(3)经细线(15)及滚轮(14)与砝码(6)连接，小车(3)上有电源开关(12)和线光束灯(13)；(3).测试台(1)的刻度尺(11)上夹持三只相同的光敏管(7)，把三只光敏管(7)的接线插头插入计时器(8)的插孔内。
2.根据权利要求1所述光电计时测试仪，其特征在于测试台(1)上有档板(5)，在小车(3)和挡板(5)的接触面上贴有尼搭扣。
3.根据权利要求1所述的光电计时测试仪，其特征在于在计时器(8)内部有电子秒表，在计时器(8)外部有显示窗(16)、复零按钮(9)和起动停止按钮(10)。
4.根据权利要求1所述的光电计时测试仪，其特征在于三只光敏管(7)是三只光敏三极管BG1、BG2、BG3。
专利摘要本实用新型涉及一种光电计时测试仪。它由测试台1、导轨2、小车3、光敏管7、计时器8、砝码6等组成。其特征是小车3在导轨2上运动，将小车上线光束灯13依次照射到光敏管7上，三只光敏管7各自产生各开关信号，控制计时器8的计时，从而测出小车的运动时间。小车3的位移，可直接从刻度尺11上读出。该实用新型结构简单，成本低，使用方便，它是一种理想的中等物理教学实验设备。
文档编号G09B23/08GK2187822SQ9422708
公开日1995年1月18日 申请日期1994年1月20日 优先权日1994年1月20日
发明者丁定华, 陈福平 申请人:丁定华, 陈福平