一种物理平抛运动验证实验装置的制作方法

本发明涉及物理实验装置技术领域，具体为一种物理平抛运动验证实验装置。

背景技术

物体以一定的初速度水平方向抛出，如果物体仅受重力作用，这样的运动叫做平抛运动。平抛运动可看作水平方向的匀速直线运动以及竖直方向的自由落体运动的合运动。平抛运动的物体，由于所受的合外力为恒力，所以平抛运动是匀变速曲线运动，平抛物体的运动轨迹为一抛物线。平抛运动是曲线运动平抛运动的时间仅与抛出点的竖直高度有关；物体落地的水平位移与时间(竖直高度)及水平初速度有关，其速度变化的方向始终是竖直向下的。

现有的物理平抛运动验证实验装置存在以下缺陷：在验证平抛运动水平方向的运动时，做平抛运动的小球不能与做匀速直线运动的小球同时开始运动，且做平抛运动的小球初速度与做匀速直线运动的小球速度误差较大；在验证平抛运动竖直方向的运动时，做平抛运动的小球不能与做自由落体运动的小球同时开始运动，且做平抛运动的小球的初始高度与做自由落体运动的小球的初始高度误差较大；没有模拟不同时刻小球水平和竖直方向运动情况的装置，且不能直观的通过小球相撞来验证实验，不便于学生理解，使用效果不佳。

如何设计一种物理平抛运动验证实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种物理平抛运动验证实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种物理平抛运动验证实验装置，包括实验箱，所述实验箱的一侧分别安装有第一水平板，且所述第一水平板嵌入设置于实验箱的一侧，所述第一水平板的一侧安装有活动板，所述第一水平板与活动板之间安装有合页，且所述第一水平板与活动板通过合页连接，所述活动板的内部安装有微动开关，且所述微动开关嵌入设置于活动板的内部，所述微动开关的顶部安装有传动片，且所述传动片的一端贯穿活动板的顶部并与微动开关的顶部通过活动螺钉连接，所述第一水平板的底部设有矩形凹槽，且所述矩形凹槽嵌入设置于实验箱的一侧，所述矩形凹槽的两侧均设有若干个定位孔，且所述定位孔嵌入设置于矩形凹槽的两侧，所述矩形凹槽的一侧安装有第二水平板，所述第二水平板的两侧均安装有定位珠，且所述定位珠与第二水平板焊接，所述定位珠嵌入设置于定位孔的内部，所述第一水平板和第二水平板的一侧均安装有倾斜板，所述第一水平板和第二水平板与倾斜板之间均安装有第一固定件，且所述第一水平板和第二水平板均与倾斜板通过第一固定件连接，所述第一固定件的两侧均安装有活动螺栓，所述第一固定件与第一水平板、第二水平板和倾斜板均通过活动螺栓连接，所述第一水平板和第二水平板与倾斜板之间均安装有弧形过渡块，且所述弧形过渡块与第一水平板、第二水平板和倾斜板均紧密贴合，所述倾斜板的一侧安装有量角器，所述量角器的一侧安装有固定块，所述量角器与第一水平板和第二水平板均通过固定块连接，所述固定块与第一水平板、第二水平板和量角器均紧密焊接，所述倾斜板的一侧安装有连接板，且所述连接板与倾斜板紧密焊接，所述连接板的顶部安装有第一圆柱软铁芯，所述第一圆柱软铁芯的外侧面设有第一螺旋线圈，且所述第一螺旋线圈缠绕设置于第一圆柱软铁芯的外侧面，所述第一圆柱软铁芯的顶端安装有第二固定件，所述第一圆柱软铁芯与连接板通过第二固定件固定连接，所述第二固定件与连接板通过螺钉固定连接，所述实验箱的内部的顶部安装有固定板，且所述固定板与实验箱焊接，所述固定板的底部设有梯形滑槽，且所述梯形滑槽嵌入设置于固定板的底部，所述梯形滑槽的底部安装有卡接管，所述卡接管的顶部焊接有滑卡，且所述滑卡嵌入设置于梯形滑槽内，所述卡接管的底部安装有连接杆，所述连接杆的底部安装有绝缘套，所述绝缘套的底部安装有第二圆柱软铁芯，且所述第二圆柱软铁芯和连接杆分别嵌入设置于绝缘套的底部和顶部，所述第二圆柱软铁芯的外侧面设有第二螺旋线圈，且所述第二螺旋线圈缠绕设置于第二圆柱软铁芯的外侧面。

优选地，所述实验箱的一侧分别安装有电源线，所述第一螺旋线圈、第二螺旋线圈和微动开关均与电源线电性连接。

优选地，所述第一螺旋线圈之间串联连接，所述第一螺旋线圈与第二螺旋线圈并联连接，所述第二螺旋线圈与微动开关串联连接。

优选地，所述实验箱的一侧安装有活动门，所述活动门的一侧安装有把手，且所述把手与活动门通过螺钉固定连接。

优选地，所述第一水平板、第二水平板、活动板、倾斜板和弧形过渡块的顶部均设有滑轨，且所述滑轨均嵌入设置于第一水平板、第二水平板、活动板、倾斜板和弧形过渡块的顶部。

优选地，所述滑轨的顶部设有光滑层，且所述光滑层嵌入设置于滑轨的顶部，所述光滑层为聚四氟乙烯材质。

优选地，所述弧形过渡块为橡胶材质。

优选地，所述卡接管的底部设有螺纹孔，所述连接杆的外侧面设有螺纹，所述连接杆通过螺纹旋进螺纹孔内。

优选地，所述第一圆柱软铁芯和第二圆柱软铁芯的底端均设有小铁球，且所述小铁球在第一螺旋线圈和第二螺旋线圈通电时，与第一圆柱软铁芯和第二圆柱软铁芯均通过磁性贴合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过量角器可以方便观察上下倾斜板的倾斜程度，并通过转动活动螺栓来调节上下倾斜板的倾斜程度至相同，由于上下倾斜板上的第一螺旋线圈串联，可以在通电后将上下第一圆柱软铁芯同时磁化，将小铁球吸住，断电后上下第一圆柱软铁芯同时消磁，可以使得上下倾斜板上的小铁球同时以初速度为0的速度在只受重力的作用下下滑，依次经过斜面和水平面滑轨上的光滑层，使得上面的小铁球离开水平光滑层做平抛运动的初速度与此时下面小铁球在水平光滑层运动的速度相同(由于光滑层为聚四氟乙烯材质，摩擦系数很小，因此下面小铁球在水平光滑层的运动近似为匀速直线运动)，老师可以让同学们观察上面的小铁球在落至第二水平板上时是否与下面小铁球相撞来验证平抛运动水平方向是否为匀速直线运动，通过矩形凹槽的两侧均设有若干个定位孔，第二水平板的两侧均安装有定位珠，可以方便第二水平板的升降并固定，可以模拟不同时刻平抛运动水平方向运动情况，这样的设计大大减小了实验时的误差，并且使得实验现象更加直观，教学效果更好，使得学生更易理解，并且可以通过转动活动螺栓来调节上下倾斜板的倾斜程度，来改变小铁球做平抛运动的初速度进行多次实验，避免实验的偶然性，减小实验误差，且操作简单，实用性更强。

(2)本发明通过梯形滑槽的底部安装有卡接管，卡接管的顶部焊接有滑卡，可以方便将卡接管在水平方向滑动至梯形滑槽的左侧，即将第二圆柱软铁芯移动至左侧，老师可以让同学按住微动开关上的传动片，使第二螺旋线圈通电将第二圆柱软铁芯磁化吸住小铁球，使小铁球处于第一水平板的上方，由于连接杆通过螺纹旋进卡接管的螺纹孔内，可以方便旋转连接杆，使小铁球的底部与第一水平板上的光滑层刚好接触，可以使得该小铁球在开始做自由落体运动时，与左侧开始做平抛运动的小铁球处于同一高度，可以减小实验的误差，然后通过滑动滑卡将小铁球移至右侧，由于第一水平板与活动板通过合页连接，可以通过合页将活动板转动至与第一水平板平齐，在第一螺旋线圈断电释放左侧小铁球后，小铁球进入活动板时，松开传动片，此时由于小铁球对传动片施加压力，使得微动开关依旧处于闭合状态，右侧小铁球并未被释放，当小铁球通过传动片后开始做平抛运动时，微动开关断开，同时右侧小铁球被释放，开始做自由落体运动，老师可以让同学们观察左侧的小铁球在落至第二水平板之前是否与右侧小铁球相撞来验证平抛运动竖直方向是否为自由落体运动，通过将滑卡向左移动重复实验，可以模拟不同时刻平抛运动竖直方向运动情况，这样的设计大大减小了实验时的误差，并且使得实验现象更加直观，教学效果更好，使得学生更易理解，并且可以改变倾斜板的倾斜度，从而改变平抛运动的初速度，进行多次实验，避免实验的偶然性，减小实验误差，且操作简单，实用性更强。

附图说明

图1为本发明主体结构示意图；

图2为本发明实验箱内部结构示意图；

图3为本发明梯形滑槽结构示意图；

图4为本发明卡接管和连接杆结构示意图；

图5为本发明矩形凹槽结构示意图；

图6为本发明合页结构示意图；

图7为本发明活动板纵向剖视图；

图8为本发明第二水平板结构示意图；

图9为本发明图8a-a视图；

图10为本发明第二水平板左视纵剖图。

图示说明：1-实验箱；2-第一水平板；3-第二水平板；4-光滑层；5-弧形过渡块；6-倾斜板；7-量角器；8-连接板；9-第一圆柱软铁芯；10-第一螺旋线圈；11-第二固定件；12-第一固定件；13-活动螺栓；14-固定块；15-滑轨；16-小铁球；17-活动门；18-把手；19-活动板；20-固定板；21-矩形凹槽；22-卡接管；23-连接杆；24-绝缘套；25-定位孔；26-梯形滑槽；27-滑卡；28-螺纹孔；29-螺纹；30-定位珠；31-合页；32-微动开关；33-传动片；34-第二螺旋线圈；35-第二圆柱软铁芯；36-电源线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明。

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种物理平抛运动验证实验装置，包括实验箱1，实验箱1的一侧分别安装有第一水平板2，且第一水平板2嵌入设置于实验箱1的一侧，第一水平板2的一侧安装有活动板19，第一水平板2与活动板19之间安装有合页31，且第一水平板2与活动板19通过合页31连接，活动板19的内部安装有微动开关32，且微动开关32嵌入设置于活动板19的内部，微动开关32的顶部安装有传动片33，且传动片33的一端贯穿活动板19的顶部并与微动开关32的顶部通过活动螺钉连接，第一水平板2的底部设有矩形凹槽21，且矩形凹槽21嵌入设置于实验箱1的一侧，矩形凹槽21的两侧均设有若干个定位孔25，且定位孔25嵌入设置于矩形凹槽21的两侧，矩形凹槽21的一侧安装有第二水平板3，第二水平板3的两侧均安装有定位珠30，且定位珠30与第二水平板3焊接，定位珠30嵌入设置于定位孔25的内部，第一水平板2和第二水平板3的一侧均安装有倾斜板6，第一水平板2和第二水平板3与倾斜板6之间均安装有第一固定件12，且第一水平板2和第二水平板3均与倾斜板6通过第一固定件12连接，第一固定件12的两侧均安装有活动螺栓13，第一固定件12与第一水平板2、第二水平板3和倾斜板6均通过活动螺栓13连接，第一水平板2和第二水平板3与倾斜板6之间均安装有弧形过渡块5，且弧形过渡块5与第一水平板2、第二水平板3和倾斜板6均紧密贴合，倾斜板6的一侧安装有量角器7，量角器7的一侧安装有固定块14，量角器7与第一水平板2和第二水平板3均通过固定块14连接，固定块14与第一水平板2、第二水平板3和量角器7均紧密焊接，倾斜板6的一侧安装有连接板8，且连接板8与倾斜板6紧密焊接，连接板8的顶部安装有第一圆柱软铁芯9，第一圆柱软铁芯9的外侧面设有第一螺旋线圈10，且第一螺旋线圈10缠绕设置于第一圆柱软铁芯9的外侧面，第一圆柱软铁芯9的顶端安装有第二固定件11，第一圆柱软铁芯9与连接板8通过第二固定件11固定连接，第二固定件11与连接板8通过螺钉固定连接，实验箱1的内部的顶部安装有固定板20，且固定板20与实验箱1焊接，固定板20的底部设有梯形滑槽26，且梯形滑槽26嵌入设置于固定板20的底部，梯形滑槽26的底部安装有卡接管22，卡接管22的顶部焊接有滑卡27，且滑卡27嵌入设置于梯形滑槽26内，卡接管22的底部安装有连接杆23，连接杆23的底部安装有绝缘套24，绝缘套24的底部安装有第二圆柱软铁芯35，且第二圆柱软铁芯35和连接杆23分别嵌入设置于绝缘套24的底部和顶部，第二圆柱软铁芯35的外侧面设有第二螺旋线圈34，且第二螺旋线圈34缠绕设置于第二圆柱软铁芯35的外侧面，通过矩形凹槽21的两侧均设有若干个定位孔25，第二水平板3的两侧均安装有定位珠30，可以方便第二水平板3的上下移动和固定，通过活动螺栓13和第一固定件12，可以方便转动倾斜板6，通过倾斜板6的一侧安装有量角器7，可以方便对转动角度进行记录并多次实验，使得上下两个倾斜板6的转动角度相同，通过梯形滑槽26的底部安装有卡接管22，卡接管22的顶部焊接有滑卡27，可以方便卡接管22在水平方向的移动，通过第一螺旋线圈10缠绕设置于第一圆柱软铁芯9的外侧面，第二螺旋线圈34缠绕设置于第二圆柱软铁芯35的外侧面，可以方便在通电时，第一螺旋线圈10将第一圆柱软铁芯9磁化，第二螺旋线圈34将第二圆柱软铁芯35磁化。

实验箱1的一侧分别安装有电源线36，第一螺旋线圈10、第二螺旋线圈34和微动开关32均与电源线36电性连接，第一螺旋线圈10之间串联连接，第一螺旋线圈10与第二螺旋线圈34并联连接，第二螺旋线圈34与微动开关32串联连接，实验箱1的一侧安装有活动门17，活动门17的一侧安装有把手18，且把手18与活动门17通过螺钉固定连接，第一水平板2、第二水平板3、活动板19、倾斜板6和弧形过渡块5的顶部均设有滑轨15，且滑轨15均嵌入设置于第一水平板2、第二水平板3、活动板19、倾斜板6和弧形过渡块5的顶部，滑轨15的顶部设有光滑层4，且光滑层4嵌入设置于滑轨15的顶部，光滑层4为聚四氟乙烯材质，弧形过渡块5为橡胶材质，卡接管22的底部设有螺纹孔28，连接杆23的外侧面设有螺纹29，连接杆23通过螺纹29旋进螺纹孔28内，第一圆柱软铁芯9和第二圆柱软铁芯35的底端均设有小铁球16，且小铁球16在第一螺旋线圈10和第二螺旋线圈34通电时，与第一圆柱软铁芯9和第二圆柱软铁芯35均通过磁性贴合，通过实验箱1的一侧安装有活动门17，活动门17的一侧安装有把手18，可以方便拉动把手18打开活动门17来观察实验，通过滑轨15的顶部设有光滑层4，可以减小小铁球16运动时产生的摩擦力，通过弧形过渡块5为橡胶材质，可以方便倾斜板6的转动，通过连接杆23通过螺纹29旋进螺纹孔28内，可以方便调节连接杆23的长度，通过小铁球16在第一螺旋线圈10和第二螺旋线圈34通电时，与第一圆柱软铁芯9和第二圆柱软铁芯35均通过磁性贴合，可以使得在第一螺旋线圈10和第二螺旋线圈34断电时，小铁球16被释放的初速度为0。

工作原理：开始上课时，老师先拉动把手18打开活动门17，然后将电源线36接通电源，为本装置提供电能，上下两个第一螺旋线圈10均得电将上下第一圆柱软铁芯9磁化，然后老师将小铁球16分别放在上下第一圆柱软铁芯9的底端，放手后，由于磁力小铁球16被吸在第一圆柱软铁芯9的底端，然后通过量角器7观察上下倾斜板6的倾斜程度是否相同，若不同，转动活动螺栓13将上下倾斜板6的倾斜程度调至相同，由于量角器7与第一水平板2和第二水平板3均通过固定块14连接，因此在上下倾斜板6转动时，量角器7的位置固定不变，在验证平抛运动水平方向上的运动时，断开电源，上下第一圆柱软铁芯9均消磁，上下倾斜板6上的小铁球16同时以初速度为0的速度在只受重力的作用下下滑，依次经过倾斜板6、弧形过渡块5和水平板上的光滑层4，上面的小铁球16离开第一水平板2上的光滑层4做平抛运动的初速度与此时下面小铁球16在第二水平板3上的光滑层4运动的速度相同(由于光滑层4为聚四氟乙烯材质，摩擦系数很小，因此下面小铁球16运动近似为匀速直线运动)，老师可以让同学们观察上面的小铁球16在落至第二水平板3上时是否与下面小铁球16相撞来验证平抛运动水平方向是否为匀速直线运动，然后移动定位珠30依次至上面的定位孔25内，重复实验，可以模拟不同时刻平抛运动水平方向运动情况；在验证平抛运动竖直方向上的运动时，先通过滑卡27将卡接管22移动至梯形滑槽26的左端，即将第二圆柱软铁芯35移动至梯形滑槽26的左端，然后老师让同学按住传动片33，并将右侧小铁球16吸在第二圆柱软铁芯35的底端，由于连接杆23通过螺纹29旋进卡接管22的螺纹孔28内，旋转连接杆23调节右侧小铁球16的高度，使其底端与第一水平板2上的光滑层4刚好接触，使左侧小铁球16开始做平抛运动的高度与右侧小铁球16开始做自由落体运动的高度相同，然后移动滑卡27将右侧小铁球16移动至实验箱1的右侧，通过合页31将活动板19转动至与第一水平板2平齐，释放左侧做平抛运动的小铁球16，再接通电源，当左侧小铁球16运动进入活动板19上后，松开传动片33，此时由于小铁球16对传动片33施加压力，使得微动开关32依旧处于闭合状态，右侧小铁球16并未被释放，当左侧小铁球16通过传动片33后开始做平抛运动时，微动开关32断开，同时右侧小铁球16被释放，开始做自由落体运动，老师可以让同学们观察左侧的小铁球16在落至第二水平板3之前是否与右侧小铁球16相撞来验证平抛运动竖直方向是否为自由落体运动，然后依次将滑卡27向左移动，重复实验，可以模拟不同时刻平抛运动竖直方向运动情况，然后老师再改变倾斜板6的倾斜度，从而改变小铁球16做平抛运动的初速度，进行多次实验，避免实验的偶然性，这便是本装置的工作原理。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。