一種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的物理實(shí)驗(yàn)教具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的物理實(shí)驗(yàn)教具，包括內(nèi)部電路和外殼，所述的內(nèi)部電路包括電池、開關(guān)、單片機(jī)、發(fā)光二極管、MOSFET；MOSFET與單片機(jī)電連接，單片機(jī)與電池電連接，電池與開關(guān)電連接，MOSFET與電池電連接，內(nèi)部電路放在外殼中，單片機(jī)通過IO口給MOSFET高電平或低電平，從而控制發(fā)光二極管的亮與滅；當(dāng)本教具替代以往的物體做各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，研究對(duì)象——運(yùn)動(dòng)的物體和背景物體（標(biāo)尺）在底片或照片上成的像都很清晰，不僅使用方便，而且成本低。
【專利說明】—種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的物理實(shí)驗(yàn)教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于教學(xué)器材領(lǐng)域，尤其是一種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教具。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段在中學(xué)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究中，經(jīng)常需要在運(yùn)動(dòng)的物體后面掛上紙帶，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打上點(diǎn)并記錄時(shí)間和位移，如在人民教育出版社的《高中物理新課標(biāo)教材.必修I》中第一章第四節(jié)實(shí)驗(yàn)中明確提出用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量速度。該方案具有以下的缺點(diǎn):打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)的時(shí)候會(huì)對(duì)紙帶產(chǎn)生一定的阻力，從而影響紙帶和物體的運(yùn)動(dòng)，增加了實(shí)驗(yàn)誤差；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要附加外電源，將220V的市電轉(zhuǎn)換為低壓電源，不僅成本高，而且使用不方便；實(shí)驗(yàn)時(shí)需要專用的紙帶，而且需要穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，不僅使用不方便，同時(shí)容易將紙帶撕碎，紙帶在限位孔中的晃動(dòng)增加測量誤差。
[0003]對(duì)于有條件的學(xué)校，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中還有一種研究運(yùn)動(dòng)的方法:用照相機(jī)多次拍攝運(yùn)動(dòng)的物體，將閃光燈固定在照相機(jī)的附近，在同一張底片上多次曝光，在同一張底片或者照片上記錄同一物體不同時(shí)刻的像，通過測量這些像的位置來計(jì)算出運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。這種方法具有下列缺點(diǎn):在多次曝光過程中，無論是否借助于閃光燈，背景物體(靜止的物體)和研究的對(duì)象(運(yùn)動(dòng)的物體)難以同時(shí)在底片或照片上清晰的成像，背景物體(靜止的物體，如標(biāo)尺)在底片或照片上成的像很清晰，而研究的對(duì)象一運(yùn)動(dòng)的物體由于曝光不足，在底片或照片上成的像比較模糊，并且和背景物體的像疊加在一起，或者出現(xiàn)背景物體曝光過度導(dǎo)致背景物體在底片或照片上成的像不清晰，研究的對(duì)象——運(yùn)動(dòng)的物體成的像很清晰，導(dǎo)致物體的位置難以準(zhǔn)確測量，也會(huì)增大實(shí)驗(yàn)誤差；實(shí)驗(yàn)過程中相鄰兩次曝光的時(shí)間不方便調(diào)節(jié)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn):實(shí)驗(yàn)中所用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器成本高，使用不方便，且給實(shí)驗(yàn)帶來誤差；利用照相機(jī)拍照法使研究的對(duì)象——運(yùn)動(dòng)的物體或背景物體在照片或底片上成的像不清晰，給實(shí)驗(yàn)帶來了一定的誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型公開了一種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的物理實(shí)驗(yàn)教具，用來代替物體做各種運(yùn)動(dòng)，方便相機(jī)進(jìn)行拍照。
[0006]本實(shí)用新型解決上述問題所采用的方案是:一種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的物理實(shí)驗(yàn)教具，
[0007]包括內(nèi)部電路和外殼，所述的內(nèi)部電路包括電池、開關(guān)、單片機(jī)、發(fā)光二極管、MOSFET ;M0SFET與單片機(jī)電連接，單片機(jī)與電池電連接，電池與開關(guān)電連接，開關(guān)與發(fā)光二極管電連接，發(fā)光二極管與MOSFET電連接，MOSFET與電池電連接；所述的外殼可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)和不同的要求選擇材料制作。
[0008]電路放在外殼中，電路和外殼之間可以填充減震材料。減震材料可以減少物體運(yùn)動(dòng)過程中內(nèi)部電路的損壞，內(nèi)部電路中的發(fā)光二極管發(fā)出的光通過透明的外殼或不透明外殼上的小孔照射到外面，使得物體自帶閃光。
[0009]本教具替代以往的運(yùn)動(dòng)物體，利用發(fā)光二極管發(fā)光使得研究對(duì)象——運(yùn)動(dòng)的物體和背景物體都能在底片或照片上成清晰的像，不會(huì)因?yàn)槌上衲：绊憣?shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，且發(fā)光二極管閃爍的時(shí)間可以自由的調(diào)節(jié)，使用方便，成本低，可以通過電路中的單片機(jī)控制MOSFET的通與斷來控制發(fā)光二極管的亮與滅，當(dāng)單片機(jī)通過1 口輸出給MOSFET柵極不同電平時(shí)，MOSFET導(dǎo)通或關(guān)斷，此時(shí)發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)亮或滅。另外可以通過調(diào)節(jié)單片機(jī)來改變單片機(jī)1 口的輸出頻率，從而有效控發(fā)光二極管的閃爍頻率。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:成本低，使用方便，實(shí)驗(yàn)中研究對(duì)象一運(yùn)動(dòng)的物體和背景物體在底片或照片上成的像比較清晰，可以減小實(shí)驗(yàn)中的誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0012]圖2為一個(gè)實(shí)施例中內(nèi)部電路的工作原理圖。
[0013]圖3為一個(gè)實(shí)施例中單片機(jī)PIC10F220的工作原理圖。
[0014]圖中:1.外殼，2.電路，3.減震材料，4.電池，5.開關(guān)，6.發(fā)光二極管，7.MOSFET，8.單片機(jī)，9.固定電阻R2，10.可調(diào)電阻R1。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0016]如圖1所示，一種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的物理實(shí)驗(yàn)教具，包括內(nèi)部電路和外殼，所述的內(nèi)部電路包括電池、開關(guān)、單片機(jī)、發(fā)光二極管、MOSFET ；M0SFET與單片機(jī)電連接，單片機(jī)與電池電連接，電池與開關(guān)電連接，開關(guān)與發(fā)光二極管電連接，發(fā)光二極管與MOSFET電連接，MOSFET與電池電連接。
[0017]本實(shí)施例中所選用的外殼具有一個(gè)小孔，電路放在外殼中，發(fā)光二極管正好從外殼的小孔中漏在外面發(fā)光，電路和外殼之間填充了減震材料，減少在做運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)內(nèi)部電路的損壞。內(nèi)部電路中的電池可以使用多種電池，如鋰電池、干電池、鉛蓄電池和氧化銀電池等，本實(shí)施例中所用的電池為3.7V的鋰電池；開關(guān)可以使用帶自鎖的按鈕開關(guān)、單刀單擲開關(guān)和單刀雙擲開關(guān)等，本實(shí)施例中使用的開關(guān)為帶自鎖的按鈕開關(guān)AB6-M;本實(shí)施例中所選用的MOSFET型號(hào)為A0N7754，內(nèi)部集成了一個(gè)防二次擊穿的保護(hù)二極管，比其他類型的MOSFET耐靜電力強(qiáng)；多種型號(hào)的單片機(jī)都能滿足要求，本實(shí)施例中選用的單片機(jī)為PIC10F220，具有內(nèi)部震蕩電路，外部電路簡單，價(jià)格低，而其他類型的單片機(jī)如PIC12F508/509/16F505，其外部震蕩電路可以由RC電路組成，通過調(diào)節(jié)外部RC電路可以改變工作頻率和1 口的輸出信號(hào)的頻率；所選用的發(fā)光二極管為市場中便宜且耐用的LED，發(fā)光顏色種類多；所用的減震材料為市場上常用的且價(jià)格便宜的泡沫棉，能起到很好的防震效果。
[0018]圖2為本實(shí)施例中內(nèi)部電路的完整工作電路圖，實(shí)驗(yàn)時(shí)，安裝好電池并閉合開關(guān)，利用單片機(jī)來控制發(fā)光二極管的亮與滅，單片機(jī)通過GP2 口給MOSFET的柵極高電平或低電平來控制MOSFET的通或斷，從而控制發(fā)光二極管的亮與滅。當(dāng)單片機(jī)通過GP2 口輸出給MOSFET柵極的是高電平時(shí)，MOSFET是導(dǎo)通的，此時(shí)發(fā)光二極管亮；當(dāng)單片機(jī)通過GP2 口輸出給MOS管柵極的是低電平時(shí)，MOSFET是斷開的，此時(shí)發(fā)光二極管滅。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，斷開開關(guān)，卸下電池。
[0019]圖3為實(shí)施例中單片機(jī)PIC10F220的工作原理圖，單片機(jī)PIC10F220具有內(nèi)部震蕩電路，不需要晶振，通過調(diào)節(jié)外部的可調(diào)電阻R1，改變單片機(jī)GPO 口的電壓，并將此模擬信號(hào)通過單片機(jī)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所需要的數(shù)字信號(hào)，根據(jù)該數(shù)字信號(hào)調(diào)節(jié)GP2 口的輸出頻率，控制MOSFET的通與斷的時(shí)間，從而調(diào)節(jié)發(fā)光二極管亮與滅的時(shí)間，如果為了降低成本，本教具可以不調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的閃爍頻率，需要將電路中的電阻Rl和R2去掉。
[0020]本實(shí)施例能很好應(yīng)用在物理實(shí)驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究中，如在做自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先調(diào)節(jié)好電路Rl的阻值，從而LED的閃爍頻率就確定了，閉合開關(guān)，LED開始閃爍，將物體靠近標(biāo)尺，按一下相機(jī)的快門(T門)，照相機(jī)的快門一直打開，讓該物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)LED閃爍一次，該物體就在底片或照片上清晰的成一次像，運(yùn)動(dòng)過程中該物體在底片或照片上多次清晰的成像，并且每次清晰成像時(shí)都將附近的標(biāo)尺照亮，標(biāo)尺也在底片或照片上清晰的成像，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)再按下快門(T門)，照相機(jī)的快門閉合，通過底片或照片上像的位置計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。在做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將坐標(biāo)紙豎直放置在試驗(yàn)臺(tái)旁，調(diào)節(jié)好電路Rl的阻值，閉合開關(guān)，LED開始閃爍，將物體靠近坐標(biāo)紙，按一下相機(jī)的快門(T門)，讓快門常開，讓該物體做平拋運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)LED閃爍一次，該物體就在底片或照片上清晰的成一次像，運(yùn)動(dòng)過程中該物體在底片或照片上多次清晰的成像，并且每次清晰成像時(shí)都將附近的坐標(biāo)紙照亮，坐標(biāo)紙也在底片或照片上清晰的成像，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)再按下快門(T門)，快門閉合，通過底片或照片上像的位置計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。
[0021 ] 在其它的實(shí)施例中，利用透明的外殼也可以，對(duì)于結(jié)實(shí)的電路，也可以不使用減振材料。
[0022]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型的創(chuàng)新構(gòu)思的前提下，還可以做出的若干的變形和改進(jìn)，這些都屬于本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的物理實(shí)驗(yàn)教具，其特征是: 包括內(nèi)部電路和外殼； 所述的內(nèi)部電路包括電池、開關(guān)、單片機(jī)、發(fā)光二極管、MOSFET ；M0SFET與單片機(jī)電連接，單片機(jī)與電池電連接，電池與開關(guān)電連接，開關(guān)與發(fā)光二極管電連接，發(fā)光二極管與MOSFET電連接，MOSFET與電池電連接，電路放在外殼中。
【文檔編號(hào)】G09B23/08GK204130015SQ201420564686
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】朱子辰, 郝文良, 謝健, 陳瑾, 朱向冰 申請(qǐng)人:安徽師范大學(xué)