一种能量转化教学演示装置的制作方法

本实用新型涉及一种教学实验仪器，尤其是涉及到物理教学实验仪器，具体讲是一种能量转化教学演示装置。

背景技术：

在初中物理学习过程中，我们需要学习一些基本的物理学定律，如牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。在教学实践活动中，需要通过一系列的实验来帮助学生进行客观地了解认知这些基本定律，如动量守恒演示实验、能量守恒演示实验、能量转化实验、弹性碰撞实验、势能机械能转化实验等。比如，现有的初中物理学中，对动能转化或势能转移、以及重力加速度实验教学中，传统的实验方法是利用打点计时器打印纸带后再进行计算，或用单摆测量、或弹簧秤测量。这些演示教学仪器，存在一是对变加速度的测量结果误差较大，测量不准确，二是在操作中，一旦开始，实验就会连续进行而无法分步进行，观察难度大，不便于快速理解。比如，能量守恒定律指出能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移或转化过程中其总量保持不变。在实验过程中，重力势能与弹性势能、或者重力势能与动能等之间的转化都是在极短时间内完成的，发生时间极短，为教师在教学过程中演示和帮助学生充分理解带来了不便。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种操作方便，演示直观，观察清晰，并可分步或分段进行的能量转化教学演示装置。

本实用新型的技术解决方案是：

一种能量转化教学演示装置，其特征在于，该能量转化教学演示装置包括支架、通过悬丝悬挂在支架上的落球、承接板、碰撞块、弹簧、活动门、碰撞球、凹形滑轨、压力感应限位装置和显示器，所述的承接板与凹形滑轨设置在同一水平面上，所述的碰撞块和弹簧设置在承接板上，所述的活动门设置在承接板与凹形滑轨连接处，所述弹簧的前端固定在碰撞块的内侧壁上，所述弹簧的另一端抵触到活动门的侧壁上，所述的压力感应限位装置设置承接板下部，所述压力感应限位装置包括盒体、至少三块重力顶板以及设置在重力顶板下端的弹性压力开关，所述至少三块重力顶板和弹性压力开关均并列竖向设置在盒体内，所述承接板上设置有横槽，所述重力顶板的上端部设置在横槽内，且间隙配合，所述重力顶板上端面与承接板的上表面在同一水平面上，所述压力感应限位装置还包括微型控制器和感应器，所述的感应器设置在重力顶板旁以感应压力信号，所述的微型控制器与感应器为电连接，所述弹性压力开关与微型控制器为电连接，所述显示器设置在盒体外部并与微型控制器为电连接。

作为上述技术方案的补充和进一步完善，本实用新型还具有如下特征和优点：

所述承接板与凹形滑轨连接处设置一门槽，所述活动门竖直设置在门槽内。设置门槽，主要是为了使活动门能够方便地抽出，实现实验分步进行，使得演示更为方便高效。

所述支架包括下支架和容纳在下支架内部能上下收缩的上支架，所述上支架上标有刻度线。这种结构设置，主要是，可通过调节支架高度改变悬丝长度满足落球不同势能或动能的需要和更方便调节落球与碰撞球碰撞时的同心度。

进一步，所述碰撞块为刚性的立方形结构。设置刚性的立方形结构，可避免碰撞中过度缓冲，而造成能力损失，降低演示难度，影响实验的精确性；

进一步，所述下支架设置有内螺纹孔和固定螺栓，通过固定螺栓将上支架固定在下支架内。

进一步，所述上支架顶部还设置有固定悬丝的横支架。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：操作方便，演示直观，观察清晰，并可分步或分段进行的能量转化教学演示，实验的精度高；通过微型控制器可使实现实验演示智能化，演示效果好，效率高，为教学活动开展以及学生的理解带来了很大方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的能量转化教学演示装置结构示意图；

图2是本实用新型一种能量转化教学演示装置中的压力感应限位装置连接结构放大示意图。

图中：1、落球 ； 2、悬丝； 3、碰撞球； 4、碰撞块 ； 5、活动门； 6、凹形滑轨； 7、重力顶板 ； 8、弹性压力开关； 9、弹簧；10、控制器；11、感应器；12、显示器；13、支架；14、下支架；15、上支架；16、刻度线；17、固定螺栓；18、横支架；19、横槽；20承接板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

一种能量转化教学演示装置，该能量转化教学演示装置包括支架13、通过悬丝悬挂在支架上的落球1、水平设置凹形滑轨6、放置在凹形滑轨6上的碰撞球3、活动门5、弹簧9、碰撞块4、承接板20、压力感应限位装置，所述承接板20的上表面与凹形滑轨6内侧底部水平光滑面连接，所述承接板20与凹形滑轨6连接处设置一门槽，门槽的深度可以与凹形滑轨6的侧壁高度等同，所述活动门5竖直设置在门槽内，所述弹簧9的前端固定连接在碰撞块4的内侧壁上，所述弹簧9的另一端抵触到活动门5的侧壁上；

所述压力感应限位装置包括盒体、至少三块重力顶板7（即重力顶板7间光滑抵触或者相邻两个重力顶板7间距小于0.5毫米）以及设置在重力顶板下端并且连接到重力顶板底部的弹性压力开关8，所述重力顶板和弹性压力开关均并列竖向设置在盒体内，所述承接板底部开设有横槽19，所述重力顶板7的上部均设置在横槽19内并且重力顶板的上表面均与承接板的上表面在同一水平面上，所述横槽19与重力顶板7间隙配合，可使重力顶板能自由在横槽内上下运动，重力顶板与横槽宽度的设置以相互不摩擦为准，横槽宽度小于承接板宽度；所述碰撞块4与活动门5之间的间距(即在不受力状态下的弹簧长度)小于活动门5与承接板20的端部之间的最大间距。

所述支架13包括下支架14和容纳在下支架内部能上下收缩的上支架15，所述上支架上标有刻度线16；

所述压力感应限位装置还包括微型控制器10、与控制器连接并位于重力顶板上的感应压力信号的感应器11、与控制器连接用于显示压力值的显示器12，所述微型控制器10、感应器11均设置在盒体内，所述显示器12位于盒体外部，所述弹性压力开关8与控制器10连接。

所述碰撞块4为刚性的立方形结构。

所述下支架15设置有内螺纹孔和固定螺栓17，通过固定螺栓17将上支架15固定在下支架14内。

固定螺栓通过内螺纹孔与上支架相交。

所述上支架15顶部还设置有固定悬丝的横支架18。

所述压力感应限位装置的感应器11和弹性压力开关8数量与重力顶板7数量相匹配。

所述微型控制器10采用单片机AT89S52，本实用新型单片机的设置使测量实现智能化，使用方便，演示效果好，效率高，为教学活动开展以及学生的理解带来了方便。

下面结合工作原理对本实用新型进一步说明。

本实用新型在使用中，将凹形滑轨6水平安置在支架13上，压力感应限位装置的盒体放置在支架13底座上，通过上支架15上的横支架、悬丝2预先对落球1与碰撞块4相互碰撞时的同心度进行调节，使落球1的圆心与碰撞块4的中心在同一水平线，调节好后，落球1与上支架15的横支架平行，开始落下，通过悬丝落球做圆弧运动，势能转化为动能，落球1的下落高度可由上支架上的刻度线16获知，在碰撞到碰撞块4后实现落球1与碰撞块4和弹簧9之间的能力转化，碰撞块4在承接板20上滑行，当碰撞块4滑到横槽位置时，对横槽内的重力顶板7产生一压力，重力顶板7上的压力感应器11得到一压力感应信号并将信号传给微型控制器10，在显示器12上显示。通过原先设定的程序，通过微型控制器10控制压力弹性开关8进行工作，压力弹性开关8通过压力弹性开关上设置的弹性结构将重力顶板7从横槽中顶起，顶起的重力顶板7由于高出承接板20可防止碰撞块4回弹，由于碰撞块4运动中速度较快一般能满足碰撞块滑过后重力顶板再顶起的情况，如出现其它情况可通过调节控制器或压力弹性开关来达到要求，在设计最后一块重力顶板时，可使顶出的重力顶板与活动门5之间的距离与碰撞块4的宽度尽量相等，从而防止碰撞块4回滑过多影响测试准确性，在碰撞块4运动中同时挤压弹簧9，这样第一步碰撞实验完成；当在进行下一步实验时，再抽离活动门5从而由弹簧9推动碰撞球3在凹形滑轨6上运行，检测转化后的速度和动能。本装置实现了实验分步进行，使得演示更为方便高效。

为验证同样的势能对不同质量的物体产生不同的速度，碰撞快和碰撞球更换，同时对压力感应限位装置的控制器执行控制的参数通过显示器进行调整。

所述压力弹性开关的工作原理：是当系统内压力高于或低于额定的安全压力时，感应器内碟片瞬时发生移动，通过连接导杆推动开关接头接通或断开，当压力降至或升额定的恢复值时，碟片瞬复位，开关自动复位，或者简单的说是当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。压力弹性开关采用的弹性元件有单圈弹簧管、膜片、膜盒及波纹管等。

本实用新型支架设置为可伸缩支架并标有刻度线使落球与碰撞球碰撞同心度更易调节，并且可根据需要通过调节支架高度改变悬丝长度满足落球不同势能或动能的需要。

本实用新型所述碰撞块 4 为刚性的立方形结构通过设置的刚性材质的碰撞快，避免碰撞中过度缓冲，而造成能力损失，降低演示难度，提高实验的精确性。本实用新型单片机的设置使测量实现智能化，使用方便，演示效果好，效率高，为教学活动开展以及学生的理解带来了方便。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的保护范围。