本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)演示設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器。

背景技術(shù)：

平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)中必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，現(xiàn)市面中存在多種多樣的平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器材，這些實(shí)驗(yàn)器材的各部件較為零散，且均需要實(shí)驗(yàn)者人工安裝各部件及手動(dòng)調(diào)節(jié)平拋運(yùn)動(dòng)平拋軌道水平段的水平度，該調(diào)節(jié)過程較為耗時(shí)，且不易調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的精確度也不高，這樣會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)人為誤差，致使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述內(nèi)容，有必要提供一種水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器，該水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)演示儀器的水平度，省時(shí)省力，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器，包括演示面板，所述演示面板的一外側(cè)面上設(shè)置有用于固定平拋軌道的固定裝置和與演示面板滑動(dòng)連接的接球槽，該外側(cè)面相鄰的兩側(cè)邊沿上設(shè)置有豎直桿和水平桿；所述豎直桿和水平桿在該外側(cè)面上相互垂直設(shè)置，所述水平桿與接球槽、固定裝置固定的平拋軌道水平段均平行設(shè)置；

所述水平桿兩端分別設(shè)置有用于支撐演示面板的第一支撐腳和第二支撐腳；所述第一支撐腳鉸接在水平桿上，所述第二支撐腳通過水平調(diào)節(jié)裝置連接在水平桿上；還包括控制器，所述控制器連接水平調(diào)節(jié)裝置，并通過驅(qū)動(dòng)所述水平調(diào)節(jié)裝置促使水平桿繞著第一支撐腳所在端旋轉(zhuǎn)；

所述演示面板內(nèi)設(shè)重錘裝置和感應(yīng)裝置，所述重錘裝置懸掛在與演示面板安裝接球槽的外側(cè)面相平行的平面上；所述感應(yīng)裝置包括第一感應(yīng)器和與該第一感應(yīng)器相配合的第二感應(yīng)器，所述第一感應(yīng)器安裝在重錘裝置的自由端上，其感應(yīng)部位裸露在自由端外側(cè)，所述第二感應(yīng)器安裝在與該外側(cè)相向的平面上，其感應(yīng)部位朝向第一感應(yīng)器所在側(cè)；所述第二感應(yīng)器的感應(yīng)部位與重錘裝置懸掛端的連線平行于豎直桿；

當(dāng)所述第一感應(yīng)器的感應(yīng)部位與重錘裝置懸掛端的連線重疊于第二感應(yīng)器的感應(yīng)部位與該懸掛端的連線時(shí)，所述第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器相互感應(yīng)，且兩者至少存在一個(gè)感應(yīng)器能夠生成相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)并通過與所述控制器連接將該感應(yīng)信號(hào)發(fā)于控制器，所述控制器再根據(jù)所接收的感應(yīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置停止運(yùn)行；反之，所述控制器驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)水平桿的水平度。

進(jìn)一步地，所述重錘裝置的自由端相對(duì)懸掛端靠近水平桿；所述重錘裝置的懸掛端至第一感應(yīng)器感應(yīng)部位的距離等于該懸掛端至第二感應(yīng)器感應(yīng)部位的距離。

進(jìn)一步地，所述第一支撐腳和第二支撐腳的底面均安裝有與控制器相連接的壓力傳感器；所述壓力傳感器能夠感應(yīng)其所在支撐腳所受到的感應(yīng)壓力，并生成相應(yīng)的壓力感應(yīng)信號(hào)發(fā)于所述控制器，所述控制器再根據(jù)所接收到的壓力感應(yīng)信號(hào)控制水平調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行方向。

進(jìn)一步地，所述演示面板安裝接球槽的外側(cè)面上設(shè)置有原點(diǎn)，所述固定裝置固定的平拋軌道水平段的出口端覆蓋在該原點(diǎn)上。

進(jìn)一步地，所述演示面板安裝接球槽的外側(cè)面上設(shè)置有過原點(diǎn)的水平基準(zhǔn)線和豎直基準(zhǔn)線；所述水平基準(zhǔn)線分別與豎直基準(zhǔn)線、豎直桿相垂直。

進(jìn)一步地，所述水平基準(zhǔn)線和豎直基準(zhǔn)線上均設(shè)有刻度。

進(jìn)一步地，所述演示面板安裝接球槽的外側(cè)面上設(shè)置有滑軌，所述滑軌與豎直桿平行設(shè)置，并從所述水平桿所在側(cè)延伸至固定裝置所在側(cè)；所述接球槽槽口朝向固定裝置，并通過所述滑軌上滑動(dòng)連接演示面板。

進(jìn)一步地，所述豎直桿朝向固定裝置的一側(cè)面上設(shè)有刻度。

進(jìn)一步地，所述接球槽側(cè)面上設(shè)有刻度，該側(cè)面為槽口所在面或者與所述演示面板安裝接球槽的外側(cè)面相對(duì)且平行但不接觸。

進(jìn)一步地，所述演示面板安裝接球槽的外側(cè)面上至少有一處的面壁上采用磁性材質(zhì)制作。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明將普通平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程所使用到的用于調(diào)節(jié)平拋軌道水平段水平度的重錘裝置集成于演示面板內(nèi)，避免實(shí)驗(yàn)器具因零散放置而丟失的情況，且攜帶方便；再者，將該重錘裝置與同在演示面板內(nèi)的感應(yīng)裝置相配合，加之控制器及安裝在第二支撐腳和水平桿之間的水平調(diào)節(jié)裝置，共同起到了自動(dòng)調(diào)節(jié)水平度的作用，相較于人工調(diào)節(jié)，其精確度更高，自動(dòng)化程度高，省時(shí)省力。

2.本發(fā)明所設(shè)計(jì)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器既可作為平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的儀器，又可作為彈簧的彈力實(shí)驗(yàn)，亦可作為普通磁性板使用，其功能多樣，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明一種水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器安裝平拋軌道時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器內(nèi)部剖視的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。

主要元件符號(hào)說明

圖中，演示面板1、固定裝置2、接球槽3、滑軌31、豎直桿4、水平桿5、第一支撐腳6、第二支撐腳7、水平調(diào)節(jié)裝置8、重錘裝置9、感應(yīng)裝置10、第一感應(yīng)器101、第二感應(yīng)器102、平拋軌道20、壓力傳感器30、原點(diǎn)40、水平基準(zhǔn)線50、固定點(diǎn)501、豎直基準(zhǔn)線60。

如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

【具體實(shí)施方式】

請(qǐng)參閱圖1至圖2，在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施方式中，一種水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器，包括一演示面板1和一控制器。演示面板1的一外側(cè)面上設(shè)置有用于固定平拋軌道20的一固定裝置2和與演示面板1滑動(dòng)連接的一接球槽3，該外側(cè)面相鄰的兩側(cè)邊沿上設(shè)置有一豎直桿4和一水平桿5；豎直桿4和水平桿5在該外側(cè)面上相互垂直設(shè)置，水平桿5與接球槽3、固定裝置2固定的平拋軌道20水平段均平行設(shè)置。水平桿5兩端分別設(shè)置有用于支撐演示面板1的一第一支撐腳6和一第二支撐腳7；第一支撐腳6鉸接在水平桿5上，第二支撐腳7通過水平調(diào)節(jié)裝置8連接在水平桿5上，水平調(diào)節(jié)裝置8連接控制器，控制器通過驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置8促使水平桿5繞著第一支撐腳6所在端旋轉(zhuǎn)。演示面板1內(nèi)設(shè)一重錘裝置9和一感應(yīng)裝置10，重錘裝置9懸掛在與演示面板1安裝接球槽3的外側(cè)面相平行的平面上；感應(yīng)裝置10包括一第一感應(yīng)器101和與該第一感應(yīng)器101相配合的一第二感應(yīng)器102，第一感應(yīng)器101安裝在重錘裝置9的自由端上，其感應(yīng)部位裸露在自由端外側(cè)，第二感應(yīng)器102安裝在與該外側(cè)相向的平面上，其感應(yīng)部位朝向第一感應(yīng)器101所在側(cè)；第二感應(yīng)器102的感應(yīng)部位與重錘裝置9懸掛端的連線平行于豎直桿4。

當(dāng)?shù)谝桓袘?yīng)器101的感應(yīng)部位與重錘裝置9懸掛端的連線重疊于第二感應(yīng)器102的感應(yīng)部位與該懸掛端的連線時(shí)，第一感應(yīng)器101和第二感應(yīng)器102相互感應(yīng)，且兩者至少存在一個(gè)感應(yīng)器能夠生成相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)并通過與控制器連接將該感應(yīng)信號(hào)發(fā)于控制器，控制器再根據(jù)所接收的感應(yīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置8停止運(yùn)行；反之，控制器驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置8調(diào)節(jié)水平桿5的水平度。優(yōu)選地，控制器安裝在演示面板1上。

本發(fā)明通過演示面板1內(nèi)設(shè)的重錘裝置9和感應(yīng)裝置10、安裝在第二支撐腳7和水平桿5之間的水平調(diào)節(jié)裝置8及分別與感應(yīng)裝置10和水平調(diào)節(jié)裝置8連接的控制器實(shí)現(xiàn)所述水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器的水平度自調(diào)節(jié)，其中，重錘裝置9和感應(yīng)裝置10共同作用來(lái)感應(yīng)演示面板1放置時(shí)的水平度，水平調(diào)節(jié)裝置8配合感應(yīng)裝置10的感應(yīng)情況來(lái)調(diào)節(jié)水平桿5兩端的相對(duì)位置，控制器則作為水平度自調(diào)節(jié)過程的總控制器件，能夠分析判斷所接收的信息，并根據(jù)判斷結(jié)果向相應(yīng)的部件發(fā)出控制指令。

進(jìn)一步地，重錘裝置9的自由端相對(duì)懸掛端靠近水平桿5，其懸掛端至第一感應(yīng)器101感應(yīng)部位的距離等于該懸掛端至第二感應(yīng)器102感應(yīng)部位的距離，以便于第一感應(yīng)器101和第二感應(yīng)器102之間能夠正確感應(yīng)。

為了提高水平度調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和速度，本發(fā)明在第一支撐腳6和第二支撐腳7的底面均安裝有與控制器相連接的一壓力傳感器30，壓力傳感器30能夠感應(yīng)其所在支撐腳所受到的感應(yīng)壓力，并生成相應(yīng)的壓力感應(yīng)信號(hào)發(fā)于控制器，控制器再根據(jù)所接收到的壓力感應(yīng)信號(hào)控制水平調(diào)節(jié)裝置8的運(yùn)行方向。該壓力傳感器30能夠幫助控制器正確的驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置8的運(yùn)行方向，加快水平桿5水平度的調(diào)節(jié)，其主要是根據(jù)力平衡原理設(shè)置的，即當(dāng)演示面板1傾斜，其上的水平桿5不水平時(shí)，第一支撐腳6和第二支撐腳7承受的壓力各不相同，而相應(yīng)的壓力傳感器30所感應(yīng)的壓力值也隨之不相同，控制器則根據(jù)兩壓力傳感器30所感應(yīng)到的壓力值大小來(lái)調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)裝置8的運(yùn)行方向。當(dāng)?shù)谝恢文_6上的壓力傳感器30感應(yīng)到的壓力值大于第二支撐腳7上壓力傳感器30感應(yīng)到的壓力值時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置8促使水平桿5繞第一支撐腳6在平行于演示面板1安裝接球槽3外側(cè)面的平面內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)；反之向上旋轉(zhuǎn)。通過該方式可促使第一支撐腳6和第二支撐腳7承受的壓力均衡、水平桿5處于水平狀態(tài)。

在本發(fā)明中，水平調(diào)節(jié)裝置8為能夠推動(dòng)水平桿5第二支撐腳7所在端相對(duì)第一支撐腳6所在端上下運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，其可為具有伸縮結(jié)構(gòu)的液壓缸，也可為配置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的絲桿組件。

進(jìn)一步地，為了便于平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量與定位，本發(fā)明在演示面板1安裝接球槽3的外側(cè)面上設(shè)置有一原點(diǎn)40、過該原點(diǎn)40的一水平基準(zhǔn)線50和一豎直基準(zhǔn)線60，并在該水平基準(zhǔn)線50和豎直基準(zhǔn)線60上均設(shè)有刻度，其中，水平基準(zhǔn)線50還分別與豎直基準(zhǔn)線60、豎直桿4相垂直。優(yōu)選地，水平基準(zhǔn)線50和豎直基準(zhǔn)線60上還標(biāo)注有與刻度相應(yīng)的刻度值，其中，兩者的零刻度值均在原點(diǎn)40處。

優(yōu)選地，固定裝置2放置在原點(diǎn)40旁，其固定的平拋軌道20水平段的出口端覆蓋在原點(diǎn)40上；固定裝置2為卡合結(jié)構(gòu)，其通過卡接平拋軌道20水平段來(lái)固定平拋軌道20；固定裝置2位于水平桿5上方，并與接球槽3設(shè)置在水平桿5、豎直桿4和演示面板1除水平桿5和豎直桿4所在邊沿外的兩邊沿形成結(jié)構(gòu)形狀的內(nèi)側(cè)。

進(jìn)一步地，演示面板1安裝接球槽3的外側(cè)面上設(shè)置有滑軌31，該滑軌31與豎直桿4平行設(shè)置，并從水平桿5所在側(cè)延伸至固定裝置2所在側(cè)；接球槽3槽口朝向固定裝置2，并通過滑軌31上滑動(dòng)連接演示面板1，能夠沿著滑軌31朝著固定裝置2所在處或者背離固定裝置2所在處運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，滑軌31與豎直桿4平行設(shè)置；接球槽3側(cè)面上設(shè)有刻度及相應(yīng)的刻度值，該側(cè)面為槽口所在面或者與演示面板1安裝接球槽3的外側(cè)面相對(duì)且平行但不接觸，以便于獲知平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)掉落在接球槽3內(nèi)小球的水平坐標(biāo)，接球槽3再配合豎直基準(zhǔn)線60上的刻度，又可獲得小球的豎直坐標(biāo)。在本發(fā)明中，豎直桿4朝向固定裝置2的一側(cè)面上也設(shè)有刻度及相應(yīng)的刻度值，可配合接球槽3使用，便于實(shí)驗(yàn)者多角度觀測(cè)小球的坐標(biāo)。而為了便于接球槽3配合豎直桿4上的刻度使用，將接球槽3在水平方向的長(zhǎng)度延伸至豎直桿4處，延伸至豎直桿4的該端不連接豎直桿4。

本發(fā)明為了使所述水平度自調(diào)節(jié)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器在不進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)也能夠應(yīng)用于其他物理實(shí)驗(yàn)或者作為常用的演示平板使用，將演示面板1安裝接球槽3的外側(cè)面采用磁性材質(zhì)制作，且該磁性材料至少存在該外側(cè)面面壁上的一處，以利用磁性材料磁性吸合作用固定紙張，該紙張可為實(shí)驗(yàn)過程所使用到的紙張，也可為其他用處的紙張，另外，該磁性材料還可以用于固定其他實(shí)驗(yàn)器具，例如進(jìn)行彈簧的彈力與伸長(zhǎng)長(zhǎng)度關(guān)系的物理實(shí)驗(yàn)時(shí)所使用到的彈簧。優(yōu)選地，原點(diǎn)40所在處的面壁采用磁性材料制作；在水平基準(zhǔn)線50上存在一個(gè)以上的固定點(diǎn)501，該固定點(diǎn)501采用磁性材料制作，且與原點(diǎn)40間隔設(shè)置，當(dāng)固定點(diǎn)501的數(shù)量大于兩個(gè)時(shí)，所有的固定點(diǎn)501均間隔設(shè)置，以便于固定需要固定的紙張或者實(shí)驗(yàn)器具。

在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，為了提高演示面板1設(shè)置有原點(diǎn)40的外側(cè)面的平整度，在該側(cè)面上開設(shè)有能夠容置接球槽3的一容置槽，該容置槽設(shè)置在水平桿5一側(cè)，并與水平桿5平行設(shè)置；同時(shí)，接球槽3連接的滑軌31靠近水平桿5的一端延伸至容置槽內(nèi)，接球槽3通過滑軌31滑出容置槽。該容置槽的設(shè)置，可使接球槽3在不使用時(shí)能夠隱藏在容置槽內(nèi)，提高演示面板1平整度的同時(shí)，還能夠使接球槽3具有防塵防灰作用。

另外，滑軌31還可以以內(nèi)嵌的形式設(shè)置在演示面板1外側(cè)面上。

本發(fā)明主要用于平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，其在進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過重錘裝置9、感應(yīng)裝置10、水平調(diào)節(jié)裝置8、壓力傳感器和控制器的共同作用來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)演示儀器的水平度，該調(diào)節(jié)過程的系統(tǒng)原理如下：

1)第一感應(yīng)器101和第二感應(yīng)器102相互感應(yīng)，并將感應(yīng)信號(hào)發(fā)于控制器；

2)當(dāng)控制器接收到感應(yīng)信號(hào)時(shí)，控制器控制水平調(diào)節(jié)裝置8停止運(yùn)行，并返回步驟1)；反之，進(jìn)入步驟3)；

3)第一支撐腳6和第二支撐腳7上的壓力傳感器30感應(yīng)兩支撐腳所受到的壓力，并將生成的壓力感應(yīng)值信號(hào)發(fā)于控制器；

4)當(dāng)?shù)谝恢文_6上壓力傳感器30發(fā)送的壓力感應(yīng)值信號(hào)大于第二支撐腳7上壓力傳感器30發(fā)送的壓力感應(yīng)值信號(hào)時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置8帶動(dòng)水平桿5第二支撐腳7所在端向下運(yùn)行，并返回步驟1)；反之，控制器驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)裝置8帶動(dòng)水平桿5第二支撐腳7所在端向上運(yùn)行，并返回步驟1)。

本發(fā)明還可用于彈簧的彈力與伸長(zhǎng)長(zhǎng)度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)過程如下：首先，調(diào)節(jié)演示儀器的水平度；然后，將實(shí)驗(yàn)彈簧的一端通過磁性固定件固定懸掛在演示面板1具有磁性材料的部位(原點(diǎn)40或者固定點(diǎn)501)，另一端自由放置，并在該端懸掛定額重力磅，當(dāng)彈簧平衡后，記錄下彈簧此時(shí)的長(zhǎng)度；重復(fù)更換重力磅，并記錄下重力磅對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度值，實(shí)驗(yàn)幾次后，將彈簧卸下即可。

實(shí)驗(yàn)后對(duì)于長(zhǎng)度的測(cè)量，可利用接球槽3和豎直桿4或豎直基準(zhǔn)線60上的刻度進(jìn)行測(cè)量。

本發(fā)明亦可用于固定紙張，紙張通過外加的可與磁性材料吸合的磁性固定件固定在演示面板1具有磁性材料的部位(原點(diǎn)40或者固定點(diǎn)501)，該紙張可為物理實(shí)驗(yàn)過程所使用的紙張，也可為用作通知的紙質(zhì)文件，使得演示面板1不僅僅用在物理實(shí)驗(yàn)過程，還可以作為普通的磁性板使用。

本發(fā)明所設(shè)計(jì)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)演示儀器的水平度，省時(shí)省力，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作；另外，該平拋運(yùn)動(dòng)演示儀器既可作為平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的儀器，又可作為彈簧的彈力實(shí)驗(yàn)，亦可作為普通磁性板使用，其功能多樣，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

上述說明是針對(duì)本發(fā)明較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說明，但實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。