一种演示匀变速直线运动运动规律的教具的制作方法
【技术领域】
[0001]发光材料教学用具
【背景技术】
[0002]匀变速直线运动是高中教学中常见的运动形式，其中自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动。
[0003]自由落体运动是从日常生活中大量物体下落现象中抽象概括出来的一种匀变速直线运动的理想模型；通过对自由落体运动的研究，一方面是对前面所学的匀变速直线运动知识的延续和拓展，另一方面又为后面继续学习平抛运动等知识打基础，起到了承前启后的作用，显得格外重要。传统的匀变速直线运动实验大多采用打点计时器测量物体运动时间和位移的方法来研究物体自由落体运动规律，此种方法虽比较注重学生从数据上定量得分析自由落体运动，但是耗时长，不直观；同时，由于打点计时器摩擦力的影响，实验误差大。为了提高课堂效率，节省实验时间，提高实验精度，让学生从感性上充分理解和掌握匀变速直线运动的规律，迫切需要发明一种新型教具。
[0004]磷光是晶体发光的一种类型。磷光材料能够通过系间窜越，实现混合单重态和三重态发光的磷光发射。磷光材料经激光照射，吸收光能后进入激发态，然后缓慢地退激发并发出比入射光的的波长长的出射光，当入射光停止照射后，发光现象持续存在，近几年来，磷光材料已成为有机电致发光领域中的研究热点。
【发明内容】
[0005]针对以上不足，我们利用磷光材料光致发光的特性设计出了一种演示匀变速直线运动规律的教具。所述教具包括金属盒(I)，表面涂有磷光材料的木板(3)，细棉线(7)，弹簧
(8)，照相机(9)，支架(10)。本实用新型教具的方案如下:
[0006]所述金属盒(I)为正方体形状，为自由下落物体，上下表面正对位置和一侧面各开有一圆形小孔，金属盒(I)内部安装有电池(6)，电路板(5)、单片机(4)，半导体激光器(2);所述电池(6)与单片机(4)和电路板(5)相连，为单片机(4)和半导体激光器(2)提供电源，保证电路正常工作;所述单片机(4)与电路板(5)相连，电路板(5)与半导体激光器(2)相连，控制半导体激光器(2)周期性地发光与不发光，发光时间可调。
[0007]所述半导体激光器(2)的激光头安装在金属盒侧面的圆形小孔处，以便金属盒自由下落过程中激光器发出的激光能照射到涂有磷光材料的木板上，使木板上的磷光物质发光，以记录金属盒(I)在做自由落体运动过程中位移量的大小，显示金属盒(I)运动规律；
[0008]所述表面涂有磷光材料的木板(3)表面的磷光材料为磷光粉，调配好后可利用喷涂法均匀涂在竖直木板(3)上，木板上标有刻度线;磷光是晶体发光的一种类型，磷光材料经激光照射，吸收光能后进入激发态，然后缓慢地退激发并发出比入射光的的波长长的出射光，当入射光停止后，发光现象持续存在。刻度线用于测量金属盒下落过程中不同时间段在涂有磷光材料木板上留下发光带的位移大小，也就是物体自由下落的位移。
[0009]所述细棉线(7)穿过金属盒(I)上下表面正对位置的圆形小孔，起到铅垂线的作用，保证特制金属盒(I)沿竖直方向做自由落体运动。
[0010]所述电池(6)和电路板(5)为单片机(4)和激光器(2)提供电源，保证其正常工作；所述支架(10)用以安装整个教具;所述弹簧(8)用以金属盒(I)下落后的减震。
[0011]所述照相机(9)在实验结束后将竖直方向的涂有磷光材料的木板(3)拍下来，便于记录自由落体在相同时间段下落的位移量，以便定量分析匀变速直线运动的规律。
【附图说明】
[0012]图1是装置整体示意图；
[0013]图2是金属盒内部平面结构图；
[0014]图3是金属盒内部立体结构图；
[0015]图中:1-金属盒，2-半导体激光器，3-涂有磷光物质的木板，4-单片机，5-电路板，6-电池，7-细棉线，8-弹簧，9-照相机，10-支架。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图详细说明本装置:
[0017]装置整体示意图如图1所示，电池(6)与电路板(5)串联，为单片机(4)提供合适的工作电压，单片机(4)控制半导体激光器(2)周期性地发光;金属盒(I)带着置于其中的半导体激光器(2) 一起下落，体激光器(2)的激光头正对着涂着的磷光材料的木板(3)，由于半导体激光器(2)周期性地发光与不发光板上，时间可调，所以半导体激光器(2)的激光头亮时，便会使涂有磷光材料木板(3)受激发光，呈现出不同长度的亮带，在相同时间段内亮带长度满足匀变速直线运动规律。
[0018]金属盒内部平面、立体结构图分别如图2、图3所示，金属盒(I)携带着内部由单片机(4)控制的激光器(2)沿着竖直细棉线(7)下落，激光照射到竖直放置表面涂抹的磷光材料的木板(3)上，磷光材料受激发光，表面涂抹的磷光材料的木板(3)上呈现出不同长度的亮带。金属盒(I)下落到底部由弹簧(8)保护，防止将金属盒损坏。实验完成，磷光材料发光明显后用照相机(9)拍摄下表面涂有磷光材料木板(3)的发光状态，以便定量分析匀变速直线运动规律。
【主权项】
1.一种演示匀变速直线运动运动规律的教具，其特征在于:包括金属盒(I)，表面涂有磷光材料的木板(3)，细棉线(7)，弹簧(8)，照相机(9)，支架(10);所述金属盒(I)为自由下落物体，为正方体形状，金属盒(I)的上下表面正对位置和一侧面各开有一圆形小孔，内部安装有电池(6)，电路板(5)、单片机(4)，半导体激光器(2);所述细棉线(7)穿过金属盒(I)上下表面的圆形小孔，起到铅垂线的作用，保证特制金属盒(I)沿竖直方向做自由落体运动;所述电池(6)与单片机(4)和电路板(5)相连，为单片机(4)和半导体激光器(2)提供电源，保证电路正常工作;所述单片机(4)与电路板(5)相连，电路板(5)与半导体激光器(2)相连，控制激光器(2)周期性地发光与不发光，发光时间可调;所述弹簧(8)用以金属盒(I)下落后的减震;所述照相机(9)在实验结束后对涂有磷光材料的木板(3)拍照。2.根据权利要求1所述演示匀变速直线运动运动规律的教具，其特征在于:所述半导体激光器(2)的激光头安装在金属盒(I)侧面的圆形小孔处，以使金属盒(I)在自由下落过程中半导体激光器(2)发出的激光能照射到涂有磷光材料的木板(3)上。3.根据权利要求1所述演示匀变速直线运动运动规律的教具，其特征在于:所述表面涂有磷光材料的木板(3)表面的磷光材料为磷光粉，调配好后可均匀喷涂在木板上，木板固定在竖直支架(10)上且标有刻度线。
【专利摘要】一种演示匀变速直线运动运动规律的教具，包括金属盒(1)，表面涂有磷光材料的木板(3)，细棉线(7)，弹簧(8)，照相机(9)，支架(10)；金属盒(1)为自由下落物体，金属盒(1)的上下表面正对位置和一侧面各开有一圆形小孔，内部安装有电池(6)，电路板(5)、单片机(4)，半导体激光器(2)；细棉线(7)穿过金属盒(1)上下表面的圆形小孔；电池(6)与单片机(4)和电路板(5)相连，为单片机(4)和半导体激光器(2)提供电源；单片机控制激光器(2)周期性地发光与不发光，发光时间可调；弹簧(8)用以金属盒(1)下落后的减震；照相机(9)在实验结束后对涂有磷光材料的木板(3)拍照。
【IPC分类】G09B23/10
【公开号】CN205211263
【申请号】CN201520954728
【发明人】谭兴文, 黄萍萍, 王英慧, 张瑞鹤, 李佳芹, 邹新政
【申请人】西南大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年11月27日