一種不同質量物體加速度對比演示裝置

賈東仁

深圳科學高中

一種不同質量物體加速度對比演示裝置

賈東仁

深圳科學高中

一種不同質量物體加速度對比演示裝置，包括軌道、小車，小車設置在軌道上端面，在小車上端面設置配重放置區，當軌道水平或傾斜的設置在一底座上方，軌道兩端分別設置一個皮帶輪，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置的拉力傳感器，底座一端的一個皮帶輪由電機驅動；配重放置區的底面設置稱重傳感器，所述電機輸出軸上設置旋轉編碼器，所述拉力傳感器的輸出端、稱重傳感器的輸出端和旋轉編碼器的輸出端均連接底座上設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動模塊連接底座上設置的顯示屏、通過一電機驅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備領域，尤其是一種不同質量物體加速度對比演示裝置。

一、背景技術

本實用新型涉及牛頓第二運動定律演示設備領域，尤其是一種不同質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，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同，其表達式為F=ma，其中F為合外力，m為物體的質量，a為物體加速度，該定律適用于宏觀物體在慣性系中進行低速運動的規律，是物理學習中重要的運動定律。現有教學中，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，但在教學效果回訪時發現，學生的學習學習不好，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、實用新型內容

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

1、本實用新型采取的技術方案是：一種不同質量物體加速度對比演示裝置，包括軌道、小車，小車設置在軌道上端面，在小車上端面設置配重放置區，其特征在于：所述軌道水平或傾斜的設置在一底座上方，軌道兩端分別設置一個皮帶輪，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置的拉力傳感器，底座一端的一個皮帶輪由電機驅動；配重放置區的底面設置稱重傳感器，所述電機輸出軸上設置旋轉編碼器，所述拉力傳感器的輸出端、稱重傳感器的輸出端和旋轉編碼器的輸出端均連接底座上設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動模塊連接底座上設置的顯示屏、通過一電機驅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穿裝一滑動桿，每個滑動桿伸出豎梁外側的圓柱端部外緣套裝軌道相對位設置的鉸裝片，每個鉸裝片外側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延伸制出一支撐梁，兩個支撐梁的外側端部均安裝所述皮帶輪。而且，一側方形或矩形外緣制出一向底座上端面延伸的支撐梁，該支撐梁外側端部設置的平臺上安裝所述電機，該電機通過主動齒輪驅動同側設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，底座上端面一側設置一殼體，該殼體內安裝所述中央控制模塊、顯示驅動模塊和電機驅動模塊，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、本實用新型的優點和積極效果是：本實用新型中，軌道設置在底座的豎梁上，可調整為水平狀態，也可以設置成傾斜狀態，電機轉動時可以通過電機驅動模塊調整期輸出的扭矩和轉速，旋轉編碼器可以測量電機轉動的圈數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，以上各種數據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、質量和加速度之間的數值關系，該數值自動由顯示屏顯示，學生可以非常直觀的知道各種物理量的關系，還可以自己動手設計不同的實驗內容，非常的方便。

三、附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是圖1的軌道傾斜設置，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

下面結合實施例，對本實用新型進一步說明，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范圍。本實用新型中，軌道設置在底座的豎梁上，可調整為水平狀態，也可以設置成傾斜狀態，電機轉動時可以通過電機驅動模塊調整期輸出的扭矩和轉速，旋轉編碼器可以測量電機轉動的圈數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，以上各種數據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、質量和加速度之間的數值關系，該數值自動由顯示屏顯示，學生可以非常直觀的知道各種物理量的關系，還可以自己動手設計不同的實驗內容，非常的方便。

[1]王冰，賈磊，張慧玲.機械制圖.航空工業出版社

[2]曹丕顯，吳林濤，柳杰，黃榮基.高中科技創新發明探索.海天出版社