賈東仁

深圳科學(xué)高中

一種不同質(zhì)量物體加速度對比演示裝置

賈東仁

深圳科學(xué)高中

一種不同質(zhì)量物體加速度對比演示裝置，包括軌道、小車，小車設(shè)置在軌道上端面，在小車上端面設(shè)置配重放置區(qū)，當(dāng)軌道水平或傾斜的設(shè)置在一底座上方，軌道兩端分別設(shè)置一個皮帶輪，該兩個皮帶輪上纏繞套裝皮帶，位于軌道上方的皮帶兩端分別連接小車兩端設(shè)置的拉力傳感器，底座一端的一個皮帶輪由電機驅(qū)動；配重放置區(qū)的底面設(shè)置稱重傳感器，所述電機輸出軸上設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器，所述拉力傳感器的輸出端、稱重傳感器的輸出端和旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端均連接底座上設(shè)置的中央控制模塊的輸入輸出接口，該中央控制模塊的輸入輸出接口通過一顯示驅(qū)動模塊連接底座上設(shè)置的顯示屏、通過一電機驅(qū)動模塊連接所述電機的控制端。

皮帶輪；拉力傳感器；稱重傳感器；旋轉(zhuǎn)編碼器；中央控制模塊

本實用新型涉及牛頓第二運動定律演示設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種不同質(zhì)量物體加速度對比演示裝置。

一、背景技術(shù)

本實用新型涉及牛頓第二運動定律演示設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種不同質(zhì)量物體加速度對比演示裝置。牛頓第二運動定律中，物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同，其表達(dá)式為F=ma，其中F為合外力，m為物體的質(zhì)量，a為物體加速度，該定律適用于宏觀物體在慣性系中進(jìn)行低速運動的規(guī)律，是物理學(xué)習(xí)中重要的運動定律。現(xiàn)有教學(xué)中，使用雙層軌道，每個軌道上放置一個小車，然后利用線纜吊裝兩個重物，觀察兩個小車在不同重物時的運動速度的變化，在小車上可以放置不同重量的配重，通過重物、配重的變化來了解上述公式，但在教學(xué)效果回訪時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)不好，只能大致的觀察到重物大于配重時，小車的加速度比較快，但具體能快多少等數(shù)字量的變化是無法直觀的得到的，這對該定律的熟練掌握造成了較大的障礙。

二、實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供由電機驅(qū)動、自動檢測牽引力、配重并自動計算出小車行駛時間、加速度等結(jié)果的一種不同質(zhì)量物體加速度對比演示裝置。

1、本實用新型采取的技術(shù)方案是：一種不同質(zhì)量物體加速度對比演示裝置，包括軌道、小車，小車設(shè)置在軌道上端面，在小車上端面設(shè)置配重放置區(qū)，其特征在于：所述軌道水平或傾斜的設(shè)置在一底座上方，軌道兩端分別設(shè)置一個皮帶輪，該兩個皮帶輪上纏繞套裝皮帶，位于軌道上方的皮帶兩端分別連接小車兩端設(shè)置的拉力傳感器，底座一端的一個皮帶輪由電機驅(qū)動；配重放置區(qū)的底面設(shè)置稱重傳感器，所述電機輸出軸上設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器，所述拉力傳感器的輸出端、稱重傳感器的輸出端和旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端均連接底座上設(shè)置的中央控制模塊的輸入輸出接口，該中央控制模塊的輸入輸出接口通過一顯示驅(qū)動模塊連接底座上設(shè)置的顯示屏、通過一電機驅(qū)動模塊連接所述電機的控制端。而且，底座上端面四角處均安裝一個豎梁，每個豎梁上均制出由上至下的滑動槽，位于底座同一端的兩個豎梁的滑動槽內(nèi)穿裝一滑動桿，每個滑動桿伸出豎梁外側(cè)的圓柱端部外緣套裝軌道相對位設(shè)置的鉸裝片，每個鉸裝片外側(cè)的圓柱端部外緣嚙合套裝鎖緊螺母，每個滑動桿的兩個圓柱端部之間的方形或矩形外緣上向底座外側(cè)延伸制出一支撐梁，兩個支撐梁的外側(cè)端部均安裝所述皮帶輪。而且，一側(cè)方形或矩形外緣制出一向底座上端面延伸的支撐梁，該支撐梁外側(cè)端部設(shè)置的平臺上安裝所述電機，該電機通過主動齒輪驅(qū)動同側(cè)設(shè)置的皮帶輪同軸的從動齒輪，主動齒輪的外徑小于從動齒輪的外徑。而且，底座上端面一側(cè)設(shè)置一殼體，該殼體內(nèi)安裝所述中央控制模塊、顯示驅(qū)動模塊和電機驅(qū)動模塊，在殼體外的底座上端面安裝按鍵輸入模塊，在殼體上安裝顯示屏。2、本實用新型的優(yōu)點和積極效果是：本實用新型中，軌道設(shè)置在底座的豎梁上，可調(diào)整為水平狀態(tài)，也可以設(shè)置成傾斜狀態(tài)，電機轉(zhuǎn)動時可以通過電機驅(qū)動模塊調(diào)整期輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)編碼器可以測量電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)并換算為小車的行程，稱重床感器可以稱量配重的重量，拉力傳感器可以測量皮帶兩端部的力的大小，以上各種數(shù)據(jù)自動輸入到中央控制模塊中，由其自動計算出軌道不同狀態(tài)時、配重和電機扭矩不同比例時、小車在上坡下坡時等情況中，合外力、質(zhì)量和加速度之間的數(shù)值關(guān)系，該數(shù)值自動由顯示屏顯示，學(xué)生可以非常直觀的知道各種物理量的關(guān)系，還可以自己動手設(shè)計不同的實驗內(nèi)容，非常的方便。

三、附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的軌道傾斜設(shè)置，小車為上坡時的示意圖；

圖3是圖1的控制原理圖。

四、具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本實用新型進(jìn)一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本實用新型的保護(hù)范圍。本實用新型中，軌道設(shè)置在底座的豎梁上，可調(diào)整為水平狀態(tài)，也可以設(shè)置成傾斜狀態(tài)，電機轉(zhuǎn)動時可以通過電機驅(qū)動模塊調(diào)整期輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)編碼器可以測量電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)并換算為小車的行程，稱重床感器可以稱量配重的重量，拉力傳感器可以測量皮帶兩端部的力的大小，以上各種數(shù)據(jù)自動輸入到中央控制模塊中，由其自動計算出軌道不同狀態(tài)時、配重和電機扭矩不同比例時、小車在上坡下坡時等情況中，合外力、質(zhì)量和加速度之間的數(shù)值關(guān)系，該數(shù)值自動由顯示屏顯示，學(xué)生可以非常直觀的知道各種物理量的關(guān)系，還可以自己動手設(shè)計不同的實驗內(nèi)容，非常的方便。

[1]王冰，賈磊，張慧玲.機械制圖.航空工業(yè)出版社

[2]曹丕顯，吳林濤，柳杰，黃榮基.高中科技創(chuàng)新發(fā)明探索.海天出版社