基于光電感應的新型led運動軌跡描繪儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于光電感應的新型LED運動軌跡描繪儀，包括立方框架、平拋軌道、強光源、光敏電阻板、LED板和觸發(fā)器。在小球通過平拋軌道，路徑的一側安裝強光源，另一側安裝光敏電阻陣列。當小球通過時，由于強光源被小球遮擋，照到光敏電阻上的光強變?nèi)?。利用光敏電阻對光線強度敏感的特性，使得光敏電阻兩端電壓的波形會出現(xiàn)一個上升沿，從而使觸發(fā)器工作。觸發(fā)器輸出高電平，使得LED燈發(fā)光，且當小球經(jīng)過此光敏電阻后，LED燈持續(xù)發(fā)光。本實用新型作為一種新型教學演示及實驗操作的儀器裝置，不僅能夠實現(xiàn)平拋運動軌跡的簡易、快捷描繪，更能用于其它更加復雜的運動軌跡描繪，增加學生學習的興趣，促進教師教學質量和教學效果的顯著提高。
【專利說明】基于光電感應的新型LED運動軌跡描繪儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種軌跡描繪裝置，特別涉及一種利用光電感應技術將動態(tài)運動軌跡在LED陣列上直觀顯示的描繪儀。
【背景技術】
[0002]目前，平拋運動作為典型的運動形式，常被引入中學乃至大學物理經(jīng)典力學的授課內(nèi)容。在教學中教師通常采用的方法有兩種:一是逐點試探法，通過逐點試探來確定小球在不同時刻通過的位置，并將通過的位置一一記錄，然后將這些點用平滑的曲線連接起來，從而描繪出平拋運動的軌跡；二是水平方向平移擋板法，通過水平移動擋板確定小球在不同時刻的點坐標，將這些點坐標用平滑的曲線連接，從而得到平拋運動的軌跡圖。除此之外還有使用數(shù)碼相機拍攝小球平拋運動的連續(xù)照片，最后通過繁瑣的測量、描點，從而獲得平拋運動的軌跡圖像等等其它方法。這些描繪方法和實驗設備構造雖然都可以粗略描繪出平拋運動的軌跡，但操作過程比較繁瑣、復雜，對操作人員在進行操作時要求比較高，而且描繪出的平拋運動的軌跡誤差較大、不夠準確，在課堂教學中，演示效果較差。
實用新型內(nèi)容
[0003]為解決教學中平拋運動軌跡描繪時繁瑣的測量、描點以及描繪的軌跡誤差較大、不夠準確的問題。本實用新型提出一種基于光電感應的新型LED運動軌跡描繪儀。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案:一種基于光電感應的新型LED運動軌跡描繪儀，其特征在于包括立方框架、平拋軌道、強光源、光敏電阻板、LED板和觸發(fā)器；其中所述立方框架的后框架中心設置有強光源，所述平拋軌道設置在立方框架后部上橫梁上；所述光敏電阻板和LED板設置在立方框架的前框架上，光敏電阻板面朝立方框架的后部，LED板面朝外部；所述光敏電阻板上均勻分布有光敏電阻，所述LED板上均勻分布有LED燈，每2個光敏電阻通過I個觸發(fā)器與2個LED燈相連。
[0005]所述平拋軌道上部設置有擋板。
[0006]在小球通過平拋軌道，路徑的一側安裝強光源，另一側安裝光敏電阻陣列。當小球通過時，由于強光源被小球遮擋，照到光敏電阻上的光強變?nèi)?。利用光敏電阻對光線強度敏感的特性，使得光敏電阻兩端電壓的波形會出現(xiàn)一個上升沿，從而使觸發(fā)器工作。觸發(fā)器輸出高電平，使得LED燈發(fā)光，且當小球經(jīng)過此光敏電阻后，LED燈持續(xù)發(fā)光。所以就可以由LED燈亮滅情況直接觀察并描繪出小球的運動軌跡。
[0007]本實用新型的描繪儀作為一種新型教學演示及實驗操作的儀器裝置，不僅能夠實現(xiàn)平拋運動軌跡的簡易、快捷描繪，更能用于其它更加復雜的運動軌跡描繪，增加學生學習的興趣，促進教師教學質量和教學效果的顯著提高。
[0008]本實用新型有益效果在于:
[0009]( I)利用光敏電阻對光線強度敏感的特性，對平拋運動的物體進行檢測，使得描繪出來的物體軌跡圖更加準確；[0010](2)用LED的發(fā)光特性進行軌跡顯示，更加直觀、形象；
[0011](3)裝置操作簡單，易于學習和理解；
[0012](4)該描繪儀不僅可以作為研究平拋運動軌跡的輔助儀器，更可以作為其它運動形式的教學演示儀，增加學生學習的興趣，提高教學的質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0014]圖2是本實用新型的電路原理圖。
[0015]附圖標記:1_擋板；2_小球；3_光敏電阻板；4_LED板；5_強光源；6_平拋軌道；7-立方框架；D-觸發(fā)器；A1、A2-LED燈；R5、R7_光敏電阻。
【具體實施方式】[0016]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進一步說明。
[0017]圖1為新型LED運動軌跡描繪儀的結構示意圖，描繪儀包括:立方框架7、平拋軌道6、強光源5、光敏電阻板3、LED板4和觸發(fā)器。在立方框架的后框架中心設置有強光源，平拋軌道設置在立方框架后部上橫梁上，平拋軌道上部設置有擋板I。
[0018]光敏電阻板和LED板設置在立方框架的前框架上，光敏電阻板面朝立方框架的后部，LED板面朝外部。光敏電阻板上均勻分布有光敏電阻，LED板上均勻分布有LED燈，每2個光敏電阻通過I個觸發(fā)器與2個LED燈相連。
[0019]將小球2放置在平拋軌道上讓其自由下落，路徑的一側安裝強光源，另一側安裝光敏電阻陣列。當小球通過時，由于強光源被小球遮擋，照到光敏電阻上的光強變?nèi)?。利用光敏電阻對光線強度敏感的特性，使得光敏電阻兩端電壓的波形會出現(xiàn)一個上升沿，從而使觸發(fā)器工作。觸發(fā)器輸出高電平，使得LED燈發(fā)光，且當小球經(jīng)過此光敏電阻后，LED燈持續(xù)發(fā)光。所以就可以由LED燈亮滅情況直接觀察并描繪出小球的運動軌跡。
[0020]圖2是電路原理圖。
[0021]根據(jù)光敏電阻的靈敏度，選擇合適的光敏電阻。當小球通過時，由于強光源被小球遮擋，光敏電阻可以產(chǎn)生控制電信號。
[0022]在觸發(fā)器電路中I =1時，不論輸入端1力何種狀態(tài)，都會使β = I，g = O，即觸
發(fā)器置I;當互=1且5 = 0時,觸發(fā)器的狀態(tài)為O。當且僅當互=I且及=I時,觸發(fā)器才正常工作。本實用新型所用的觸發(fā)器是在CP脈沖上升沿時接收輸入信號，而在CP為高電平、低電平和下降沿時，輸入端被封鎖，輸出端保持不變。當光敏電阻傳送來控制電信號時，觸發(fā)器在CP脈沖上升沿時接收輸入信號，鎖存電信號。
[0023]觸發(fā)器輸入端D —直為高電平，當CLK上升沿出現(xiàn)瞬間，其輸出Q端立刻變?yōu)楦唠娖?，使得LED燈發(fā)光。當小球經(jīng)過此光敏電阻后，光敏電阻兩端的電壓由高電平變?yōu)榈碗娖?，但其輸出端的電平不會發(fā)生改變，也就是說輸出端Q保持高電平，LED燈持續(xù)發(fā)光，我們可以由LED燈亮滅情況直接觀察出小球的運動軌跡。
[0024]同時根據(jù)平拋運動軌跡的實際形狀，考慮到LED燈陣列的合理布局問題，這樣不僅可以減少LED燈的使用數(shù)量，而且可以減少觸發(fā)器的使用數(shù)量以及光敏電阻的使用數(shù)量，從而達到降低成本的目的。其中合理布局包含以下兩個層面:第一，平拋運動的軌跡為拋物線，于是可以將光敏電阻陣列以及LED燈陣列大致布局為拋物線簇；第二，因為平拋物體下落得速率越來越快，當下落的高度超過一定范圍時，裝置允許光敏電阻的響應時間越來越小，以至于最后光敏電阻都不能產(chǎn)生響應，但這個問題在小型的實驗儀器中一般不存在，在小型的實驗儀器中根據(jù)小球下落速率越來越快，布局光敏電阻時應使得陣列上密下疏。
[0025]雖然本實用新型已以較佳實施例公開如上，但實施例和附圖并不是用來限定本實用新型，任何熟悉此技藝者，在不脫離本實用新型之精神和范圍內(nèi)，自當可作各種變化或潤飾，但同樣在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此本實用新型的保護范圍應當以本申請的權利要求保護范圍所界定的為準。
【權利要求】
1.一種基于光電感應的新型LED運動軌跡描繪儀，其特征在于包括立方框架、平拋軌道、強光源、光敏電阻板、LED板和觸發(fā)器；其中所述立方框架的后框架中心設置有強光源，所述平拋軌道設置在立方框架后部上橫梁上；所述光敏電阻板和LED板設置在立方框架的前框架上，光敏電阻板面朝立方框架的后部，LED板面朝外部；所述光敏電阻板上均勻分布有光敏電阻，所述LED板上均勻分布有LED燈，每2個光敏電阻通過I個觸發(fā)器與2個LED燈相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于光電感應的新型LED運動軌跡描繪儀，其特征在于:所述平拋軌道上部設置有擋板。
【文檔編號】G09B23/10GK203773802SQ201420128076
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權日:2014年3月21日
【發(fā)明者】趙藝, 劉平, 任洪強, 耿科學 申請人:金陵科技學院