一种多用途力学实验演示轨道的制作方法

本实用新型涉及教具领域，具体的说是一种多用途力学实验演示轨道。

背景技术：

在力学分析中，小球和斜面轨道经常会被用到，而实际的实物试验不仅能更直观的体现各种物理现象，更能激发学生的学习兴趣。但是，实际上由于小球速度较快很难精确的测量因此难以进行试验和分析。现有的教具，又具有使用功能有限、测量误差大等缺点，难以被推广使用。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本实用新型提供了一种多用途力学实验演示轨道，师生可以通过它进行牛顿第二运动定律试验、重力势能与动能转化试验、动能定理等试验，并可以显示精确试验数据提供给师生分析学习。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多用途力学实验演示轨道，包括轨道、零点校准挡板、定长校准挡板、零点校准按钮、定长校准按钮、液晶显示屏、左方向键、右方向键和单片机控制电路；

所述的轨道包括轨道体、底座和导体轨道；所述的轨道体横截面呈“U”形；轨道体包括斜面部分、圆弧部分和水平部分；所述的斜面部分与水平部分具有一定夹角的设置在水平部分左边；斜面部分下端与水平部分左端通过圆弧部分相连接；圆弧部分同时与斜面部分及水平部分相切；所述的底座呈棱台状，底座设置在水平部分的下方，与水平部分相固定连接；所述的导体轨道有两个；导体轨道的形状与轨道体相同；导体轨道的横截面呈半圆形；两个导体轨道分别固定在轨道体的两侧上方；

所述的零点校准挡板呈长方体结构，竖直地固定设置在轨道体的末端；

所述的定长校准挡板包括挡板架和挡板；所述的挡板架竖直地固定的设置在轨道体的中部；所述的挡板呈长方体结构，面积最大的面与轨道体的水平部分相垂直地与挡板架相铰接；

所述的零点校准按钮、定长校准按钮、液晶显示屏、左方向键和右方向键从左至右依次设置在底座的前面；所述的单片机控制电路设置在底座内；

单片机控制电路包括单片机、电阻和电源；所述的单片机具有模数转换功能；所述的两个导体轨道，其中一个导体轨道的右端通过导线与电源负极相连接，另一个到导体轨道的右端通过导线与单片机的模拟信号输入口相连接；所述的电阻，一端通过导线与电源正极相连接，另一端通过导线与单片机的模拟信号输入口相连接；所述的零点校准按钮、定长校准按钮、左方向键和右方向键，一端分别通过导线与电源负极相连接，另一端分别通过导线与单片机IO口相连接；所述的液晶显示屏通过导线与单片机的IO口相连接。

优选地，所述的轨道体由硬质塑料材质构成。

优选地，所述的单片机为stm8单片机。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的一种多用途力学实验演示轨道，师生可以通过它进行牛顿第二运动定律试验、重力势能与动能转化试验、动能定理等试验，并可以显示精确试验数据提供给师生分析学习。

(2)本实用新型的一种多用途力学实验演示轨道，在使用时的工作过程：

①用户将金属球紧贴零点校准挡板地放在零点校准挡板左侧，然后按下零点校准按钮；

②单片机采集此时的电压值，将其转化成两个导体导轨右端间的电阻值，并记录下来；

③用户将金属球紧贴零点校准挡板地放在定长校准挡板左侧，然后按下定长校准按钮；

④单片机采集此时的电压值，将其转化成两个导体导轨右端间的电阻值，结合步骤②得到的电阻值及零点校准挡板与定长校准挡板间的距离算出单位长度导体导轨的电阻；

⑤用户将金属球放在斜面上，单片机根据此时两个导体导轨右端间的电阻值计算出金属球与零点校准挡板的距离以及斜面部分与水平部分之间的倾角，通过与水平部分相减计算出初始高度值，并在液晶屏上显示出来；

⑥单片机每隔一个单位时间根据此时两个导体导轨右端间的电阻值记录一次金属球所在的位置；

⑦结束后，用户通过左方向键及右方向键查看单片机记录下的各个单位时间金属球所在的位置，用来做计算速度、加速度等分析，从而完成动能定理等实验；

⑧通过更换摩擦系数不同的金属球可多次进行牛顿第二运动定律的实验；

⑨在金属球在斜面上滚下后，通过在水平部分提前放置另一个金属球可用来进行动量定理实验。

使用过程方便、精确、灵活，方式多样，功能齐全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的局部结构示意图；

图中：轨道(1)、零点校准挡板(2)、定长校准挡板(3)、零点校准按钮(4)、定长校准按钮(5)、液晶显示屏(6)、左方向键(7)、右方向键(8)、轨道体(11)、底座(12)、导体轨道(13)、挡板架(31)、挡板(32)、斜面部分(111)、圆弧部分(112)、水平部分(113)。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例1

如图1、图2，本实施例的一种多用途力学实验演示轨道，包括轨道1、零点校准挡板2、定长校准挡板3、零点校准按钮4、定长校准按钮5、液晶显示屏6、左方向键7、右方向键8和单片机控制电路；

所述的轨道1包括轨道体11、底座12和导体轨道13；所述的轨道体11横截面呈“U”形；轨道体11包括斜面部分111、圆弧部分112和水平部分113；所述的斜面部分111与水平部分113具有一定夹角的设置在水平部分113左边；斜面部分111下端与水平部分113左端通过圆弧部分112相连接；圆弧部分112同时与斜面部分111及水平部分113相切；所述的底座12呈棱台状，底座12设置在水平部分113的下方，与水平部分113相固定连接；所述的导体轨道13有两个；导体轨道13的形状与轨道体11相同；导体轨道13的横截面呈半圆形；两个导体轨道13分别固定在轨道体11的两侧上方；

所述的零点校准挡板2呈长方体结构，竖直地固定设置在轨道体11的末端；

所述的定长校准挡板3包括挡板架31和挡板32；所述的挡板架31竖直地固定的设置在轨道体11的中部；所述的挡板32呈长方体结构，面积最大的面与轨道体11的水平部分113相垂直地与挡板架31相铰接；

所述的零点校准按钮4、定长校准按钮5、液晶显示屏6、左方向键7和右方向键8从左至右依次设置在底座12的前面；所述的单片机控制电路设置在底座12内；

单片机控制电路包括单片机、电阻和电源；所述的单片机具有模数转换功能；所述的两个导体轨道，其中一个导体轨道的右端通过导线与电源负极相连接，另一个到导体轨道的右端通过导线与单片机的模拟信号输入口相连接；所述的电阻，一端通过导线与电源正极相连接，另一端通过导线与单片机的模拟信号输入口相连接；所述的零点校准按钮、定长校准按钮、左方向键和右方向键，一端分别通过导线与电源负极相连接，另一端分别通过导线与单片机IO口相连接；所述的液晶显示屏通过导线与单片机的IO口相连接。

所述的轨道体11由硬质塑料材质构成。

所述的单片机为stm8单片机。

在使用时的工作过程：

①用户将金属球紧贴零点校准挡板地放在零点校准挡板左侧，然后按下零点校准按钮；

②单片机采集此时的电压值，将其转化成两个导体导轨右端间的电阻值，并记录下来；

③用户将金属球紧贴零点校准挡板地放在定长校准挡板左侧，然后按下定长校准按钮；

④单片机采集此时的电压值，将其转化成两个导体导轨右端间的电阻值，结合步骤②得到的电阻值及零点校准挡板与定长校准挡板间的距离算出单位长度导体导轨的电阻；

⑤用户将金属球放在斜面上，单片机根据此时两个导体导轨右端间的电阻值计算出金属球与零点校准挡板的距离以及斜面部分与水平部分之间的倾角，通过与水平部分相减计算出初始高度值，并在液晶屏上显示出来；

⑥单片机每隔一个单位时间根据此时两个导体导轨右端间的电阻值记录一次金属球所在的位置；

⑦结束后，用户通过左方向键及右方向键查看单片机记录下的各个单位时间金属球所在的位置，用来做计算速度、加速度等分析，从而完成动能定理等实验；

⑧通过更换摩擦系数不同的金属球可多次进行牛顿第二运动定律的实验；

⑨在金属球在斜面上滚下后，通过在水平部分提前放置另一个金属球可用来进行动量定理实验。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。