一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置

摘 要：本實用新型涉及一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置，在軌道最末端右側的基板上水平安裝一標尺，該標尺上方的基板上水平安裝一滑動桿，該滑動桿上套裝兩個滑塊，所述豎直激光點光源用于移動到接球板阻擋金屬球時在白紙上形成的撞擊點正上方后向撞擊點投射豎直方向的激光，所述萬向激光點光源用于移動到豎直激光點光源與軌道最末端之間水平距離的中點時向所述撞擊點投射傾斜方向的激光，該傾斜方向的激光即為所述撞擊點瞬時速度的方向。本實用新型中，學生可以得到拋物線上不同的撞擊點，從而通過傾斜的激光觀察到每個撞擊點的瞬時速度方向，非常的直觀和方便，即增加了學生的動手能力，還加深了對于平拋運動公式的理解。

關鍵詞：速度方；軌道；標尺；基板；滑動桿；激光點光源；撞擊點；瞬時速度

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A

一、技術領域

本實用新型涉及物理教學教具設備領域，尤其是一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置。

背景技術

物體以一定的初速度沿水平方向拋出，如果物體僅受重力作用，這樣的運動叫做平拋運動，其可看作是水平方向上的勻速直線運動以及豎直方向的自由落體運動的合運動，運動過程中受到的外力為恒力，運動軌跡為拋物線。現有的教學教具結構是：包括基板和軌道，軌道安裝在基板一側的上端，使用時教師將一個金屬球放在軌道的最上方，然后松開手，金屬球在重力的作用下沿著軌道下滑，當金屬球離開軌道最末端后，如果忽略空氣阻力，則金屬球進入平拋運動狀態，教師可以改變軌道最高點的位置，使金屬球離開軌道最末端時具有不同的初速度，學生可以觀察到不同初速度的金屬球落下的整個過程，但該教具存在一個問題，即金屬球的拋物線運動軌跡上的任意一個點的瞬時速度的方向為該拋物線的切線，但學生無法直觀地觀察到。

二、實用新型內容

本實用新型采取的技術方案是：

一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置，包括軌道和基板，所述軌道豎直限位滑動安裝在基板一側的上端，其特征在于：所述基板表面貼覆一層帶有復寫層的白紙，在軌道下方的基板上橫向安裝一傾斜的接球板，在軌道最末端右側的基板上水平安裝一標尺，該標尺上方的基板上水平安裝一滑動桿，該滑動桿上套裝兩個滑塊，靠近軌道的滑塊下端安裝一豎直的連桿，該連桿下端段安裝一萬向節，該萬向節上安裝一與軌道末端上端面位于相同豎直高度的萬向激光點光源，遠離軌道的滑塊底面豎直向下安裝豎直激光點光源，所述豎直激光點光源用于移動到接球板阻擋金屬球時在白紙上形成的撞擊點正上方后向撞擊點投射豎直方向的激光，所述萬向激光點光源用于移動到豎直激光點光源與軌道最末端之間水平距離的中點時向所述撞擊點投射傾斜方向的激光，該傾斜方向的激光即為所述撞擊點瞬時速度的方向。

附圖說明：

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是圖1的右視圖。

圖3是金屬球進行平拋運動的示意圖。

圖4是圖2的A-A向截面圖。

三、具體實施方式

下面結合實施例，對本實用新型進一步說明。

一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置，如圖1～圖4所示，包括軌道2和基板13，所述軌道豎直限位滑動安裝在基板一側的上端，本實用新型的創新在于：所述基板表面貼覆一層帶有復寫層的白紙24，在軌道下方的基板上橫向安裝一傾斜的接球板14，在軌道最末端右側的基板上水平安裝一標尺12，標尺的零點緊靠在軌道最末端的端面上，該標尺上方的基板上通過安裝座3水平安裝一滑動桿4，該滑動桿上套裝兩個滑塊，每個滑塊上安裝一固定頂絲10，靠近軌道的滑塊5下端安裝一豎直的連桿，該連桿下端部安裝一萬向節9，該萬向節上安裝一與軌道末端上端面位于相同豎直高度的萬向激光點光源，遠離軌道的滑塊底面豎直向下安裝豎直激光點光源11，兩個滑塊通過固定頂絲固定在滑動桿上。

所述豎直激光點光源用于移動到接球板阻擋金屬球1時在白紙上形成的撞擊點17正上方后向撞擊點投射豎直方向的激光18，所述萬向激光點光源用于移動到豎直激光點光源與軌道最末端之間距離的中點時向所述撞擊點投射傾斜方向的激光19，該傾斜方向的激光即為所述撞擊點瞬時速度20的方向。

所述接球板兩點端部安裝夾持板15，每個夾持板上安裝一壓緊基板表面的固定螺栓16，兩個夾持板之間的接球板如圖4所示，為由下至上逐漸向外側傾斜，可夾住運動到此處的金屬球，金屬球受到傾斜的接球板的阻擋，在帶有復寫層的白紙上形成一個撞擊點。

為了保證金屬球的正常運行，所述連桿由內套管6和外套管7構成，內套管上端連接滑塊，內套管下端套裝在外套管上端內，外套管下端安裝萬向節，外套管通過一頂絲8與內套管固定。

本實用新型使用過程是，以廢酸液為例說明：

1.操作人員調整接球板到某一高度，然后將外套管向上托起并固定。

2.將金屬球放在軌道最上端，松手后金屬球開始運動，離開軌道最末端后做如圖3所示的虛線表示的平拋運動，當撞擊到接球板后，在白紙上形成一個痕跡，該痕跡即為撞擊點。

3.調整右側滑塊，使豎直激光點光源位于撞擊點的正上方，打開后，激光向下投射并通過撞擊點，通過標尺算出撞擊點與軌道最末端之間的水平間距，并將左側的滑塊調整到一半的位置，使萬向激光點光源正好位于一般的位置，轉動萬向節，使其投射的傾斜的激光通過撞擊點，該傾斜的激光即為撞擊點瞬時速度的方向。

本實用新型中，金屬球平拋運動后被接球板阻擋，由于接球板傾斜向上，所以金屬球會在帶有復寫層的白紙上留下一個撞擊點，此時將右側的滑塊滑動到撞擊點的正上方，然后打開豎直激光點光源，使其投射豎直方向的激光通過撞擊點，然后將左側的滑塊滑動到右側滑塊和標尺零點距離一半的位置，使萬向激光點光源正好位于一半的位置，再轉動萬向節，使傾斜的激光通過撞擊點，該傾斜的激光即為撞擊點瞬時速度的方向，學生可以得到拋物線上不同的撞擊點，從而通過傾斜的激光觀察到每個撞擊點的瞬時速度方向，非常的直觀和方便，即增加了學生的動手能力，還加深了對于平拋運動公式的理解。

結語

（1）一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置，包括軌道和基板，所述軌道豎直限位滑動安裝在基板一側的上端，其特征在于：所述基板表面貼覆一層帶有復寫層的白紙，在軌道下方的基板上橫向安裝一傾斜的接球板，在軌道最末端右側的基板上水平安裝一標尺，該標尺上方的基板上水平安裝一滑動桿，該滑動桿上套裝兩個滑塊，靠近軌道的滑塊下端安裝一豎直的連桿，該連桿下端段安裝一萬向節，該萬向節上安裝一與軌道末端上端面位于相同豎直高度的萬向激光點光源，遠離軌道的滑塊底面豎直向下安裝豎直激光點光源，所述豎直激光點光源用于移動到接球板阻擋金屬球時在白紙上形成的撞擊點正上方后向撞擊點投射豎直方向的激光，所述萬向激光點光源用于移動到豎直激光點光源與軌道最末端之間水平距離的中點時向所述撞擊點投射傾斜方向的激光，該傾斜方向的激光即為所述撞擊點瞬時速度的方向。

（2）根據權利要求1所述的一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置，其特征在于：所述接球板兩點端部安裝夾持板，每個夾持板上安裝一壓緊基板表面的固定螺栓，兩個夾持板之間的接球板為由下至上逐漸向外側傾斜。

（3）根據權利要求2所述的一種平拋運動瞬時速度方向確定裝置，其特征在于：所述連桿由內套管和外套管構成，內套管上端連接滑塊，內套管下端套裝在外套管上端內，外套管下端安裝萬向節，外套管通過一頂絲與內套管固定。

參考文獻

[1]李方書.一道平拋運動試題的幾種解法[J].科學咨詢（教育科研），2009，12（15）：79.

[2]宋紹鵬，曹丕顯，王俊，等.一種正余弦函數立體投影設計原理[J].科技創新導報，2013，8（11）：52.