本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，尤其是涉及到物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，具體講是一種能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置。

背景技術(shù)：

在初中物理學(xué)習(xí)過程中，我們需要學(xué)習(xí)一些基本的物理學(xué)定律，如牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律等。在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，需要通過一系列的實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生進(jìn)行客觀地了解認(rèn)知這些基本定律，如動(dòng)量守恒演示實(shí)驗(yàn)、能量守恒演示實(shí)驗(yàn)、能量轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、彈性碰撞實(shí)驗(yàn)、勢(shì)能機(jī)械能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)等。比如，現(xiàn)有的初中物理學(xué)中，對(duì)動(dòng)能轉(zhuǎn)化或勢(shì)能轉(zhuǎn)移、以及重力加速度實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打印紙帶后再進(jìn)行計(jì)算，或用單擺測(cè)量、或彈簧秤測(cè)量。這些演示教學(xué)儀器，存在一是對(duì)變加速度的測(cè)量結(jié)果誤差較大，測(cè)量不準(zhǔn)確，二是在操作中，一旦開始，實(shí)驗(yàn)就會(huì)連續(xù)進(jìn)行而無法分步進(jìn)行，觀察難度大，不便于快速理解。比如，能量守恒定律指出能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中其總量保持不變。在實(shí)驗(yàn)過程中，重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能、或者重力勢(shì)能與動(dòng)能等之間的轉(zhuǎn)化都是在極短時(shí)間內(nèi)完成的，發(fā)生時(shí)間極短，為教師在教學(xué)過程中演示和幫助學(xué)生充分理解帶來了不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種操作方便，演示直觀，觀察清晰，并可分步或分段進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置，其特征在于，該能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置包括支架、通過懸絲懸掛在支架上的落球、承接板、碰撞塊、彈簧、活動(dòng)門、碰撞球、凹形滑軌、壓力感應(yīng)限位裝置和顯示器，所述的承接板與凹形滑軌設(shè)置在同一水平面上，所述的碰撞塊和彈簧設(shè)置在承接板上，所述的活動(dòng)門設(shè)置在承接板與凹形滑軌連接處，所述彈簧的前端固定在碰撞塊的內(nèi)側(cè)壁上，所述彈簧的另一端抵觸到活動(dòng)門的側(cè)壁上，所述的壓力感應(yīng)限位裝置設(shè)置承接板下部，所述壓力感應(yīng)限位裝置包括盒體、至少三塊重力頂板以及設(shè)置在重力頂板下端的彈性壓力開關(guān)，所述至少三塊重力頂板和彈性壓力開關(guān)均并列豎向設(shè)置在盒體內(nèi)，所述承接板上設(shè)置有橫槽，所述重力頂板的上端部設(shè)置在橫槽內(nèi)，且間隙配合，所述重力頂板上端面與承接板的上表面在同一水平面上，所述壓力感應(yīng)限位裝置還包括微型控制器和感應(yīng)器，所述的感應(yīng)器設(shè)置在重力頂板旁以感應(yīng)壓力信號(hào)，所述的微型控制器與感應(yīng)器為電連接，所述彈性壓力開關(guān)與微型控制器為電連接，所述顯示器設(shè)置在盒體外部并與微型控制器為電連接。

作為上述技術(shù)方案的補(bǔ)充和進(jìn)一步完善，本實(shí)用新型還具有如下特征和優(yōu)點(diǎn)：

所述承接板與凹形滑軌連接處設(shè)置一門槽，所述活動(dòng)門豎直設(shè)置在門槽內(nèi)。設(shè)置門槽，主要是為了使活動(dòng)門能夠方便地抽出，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)分步進(jìn)行，使得演示更為方便高效。

所述支架包括下支架和容納在下支架內(nèi)部能上下收縮的上支架，所述上支架上標(biāo)有刻度線。這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，主要是，可通過調(diào)節(jié)支架高度改變懸絲長度滿足落球不同勢(shì)能或動(dòng)能的需要和更方便調(diào)節(jié)落球與碰撞球碰撞時(shí)的同心度。

進(jìn)一步，所述碰撞塊為剛性的立方形結(jié)構(gòu)。設(shè)置剛性的立方形結(jié)構(gòu)，可避免碰撞中過度緩沖，而造成能力損失，降低演示難度，影響實(shí)驗(yàn)的精確性；

進(jìn)一步，所述下支架設(shè)置有內(nèi)螺紋孔和固定螺栓，通過固定螺栓將上支架固定在下支架內(nèi)。

進(jìn)一步，所述上支架頂部還設(shè)置有固定懸絲的橫支架。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：操作方便，演示直觀，觀察清晰，并可分步或分段進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示，實(shí)驗(yàn)的精度高；通過微型控制器可使實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)演示智能化，演示效果好，效率高，為教學(xué)活動(dòng)開展以及學(xué)生的理解帶來了很大方便。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置中的壓力感應(yīng)限位裝置連接結(jié)構(gòu)放大示意圖。

圖中：1、落球 ； 2、懸絲； 3、碰撞球； 4、碰撞塊 ； 5、活動(dòng)門； 6、凹形滑軌； 7、重力頂板 ； 8、彈性壓力開關(guān)； 9、彈簧；10、控制器；11、感應(yīng)器；12、顯示器；13、支架；14、下支架；15、上支架；16、刻度線；17、固定螺栓；18、橫支架；19、橫槽；20承接板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

一種能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置，該能量轉(zhuǎn)化教學(xué)演示裝置包括支架13、通過懸絲懸掛在支架上的落球1、水平設(shè)置凹形滑軌6、放置在凹形滑軌6上的碰撞球3、活動(dòng)門5、彈簧9、碰撞塊4、承接板20、壓力感應(yīng)限位裝置，所述承接板20的上表面與凹形滑軌6內(nèi)側(cè)底部水平光滑面連接，所述承接板20與凹形滑軌6連接處設(shè)置一門槽，門槽的深度可以與凹形滑軌6的側(cè)壁高度等同，所述活動(dòng)門5豎直設(shè)置在門槽內(nèi)，所述彈簧9的前端固定連接在碰撞塊4的內(nèi)側(cè)壁上，所述彈簧9的另一端抵觸到活動(dòng)門5的側(cè)壁上；

所述壓力感應(yīng)限位裝置包括盒體、至少三塊重力頂板7（即重力頂板7間光滑抵觸或者相鄰兩個(gè)重力頂板7間距小于0.5毫米）以及設(shè)置在重力頂板下端并且連接到重力頂板底部的彈性壓力開關(guān)8，所述重力頂板和彈性壓力開關(guān)均并列豎向設(shè)置在盒體內(nèi)，所述承接板底部開設(shè)有橫槽19，所述重力頂板7的上部均設(shè)置在橫槽19內(nèi)并且重力頂板的上表面均與承接板的上表面在同一水平面上，所述橫槽19與重力頂板7間隙配合，可使重力頂板能自由在橫槽內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，重力頂板與橫槽寬度的設(shè)置以相互不摩擦為準(zhǔn)，橫槽寬度小于承接板寬度；所述碰撞塊4與活動(dòng)門5之間的間距(即在不受力狀態(tài)下的彈簧長度)小于活動(dòng)門5與承接板20的端部之間的最大間距。

所述支架13包括下支架14和容納在下支架內(nèi)部能上下收縮的上支架15，所述上支架上標(biāo)有刻度線16；

所述壓力感應(yīng)限位裝置還包括微型控制器10、與控制器連接并位于重力頂板上的感應(yīng)壓力信號(hào)的感應(yīng)器11、與控制器連接用于顯示壓力值的顯示器12，所述微型控制器10、感應(yīng)器11均設(shè)置在盒體內(nèi)，所述顯示器12位于盒體外部，所述彈性壓力開關(guān)8與控制器10連接。

所述碰撞塊4為剛性的立方形結(jié)構(gòu)。

所述下支架15設(shè)置有內(nèi)螺紋孔和固定螺栓17，通過固定螺栓17將上支架15固定在下支架14內(nèi)。

固定螺栓通過內(nèi)螺紋孔與上支架相交。

所述上支架15頂部還設(shè)置有固定懸絲的橫支架18。

所述壓力感應(yīng)限位裝置的感應(yīng)器11和彈性壓力開關(guān)8數(shù)量與重力頂板7數(shù)量相匹配。

所述微型控制器10采用單片機(jī)AT89S52，本實(shí)用新型單片機(jī)的設(shè)置使測(cè)量實(shí)現(xiàn)智能化，使用方便，演示效果好，效率高，為教學(xué)活動(dòng)開展以及學(xué)生的理解帶來了方便。

下面結(jié)合工作原理對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

本實(shí)用新型在使用中，將凹形滑軌6水平安置在支架13上，壓力感應(yīng)限位裝置的盒體放置在支架13底座上，通過上支架15上的橫支架、懸絲2預(yù)先對(duì)落球1與碰撞塊4相互碰撞時(shí)的同心度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使落球1的圓心與碰撞塊4的中心在同一水平線，調(diào)節(jié)好后，落球1與上支架15的橫支架平行，開始落下，通過懸絲落球做圓弧運(yùn)動(dòng)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，落球1的下落高度可由上支架上的刻度線16獲知，在碰撞到碰撞塊4后實(shí)現(xiàn)落球1與碰撞塊4和彈簧9之間的能力轉(zhuǎn)化，碰撞塊4在承接板20上滑行，當(dāng)碰撞塊4滑到橫槽位置時(shí)，對(duì)橫槽內(nèi)的重力頂板7產(chǎn)生一壓力，重力頂板7上的壓力感應(yīng)器11得到一壓力感應(yīng)信號(hào)并將信號(hào)傳給微型控制器10，在顯示器12上顯示。通過原先設(shè)定的程序，通過微型控制器10控制壓力彈性開關(guān)8進(jìn)行工作，壓力彈性開關(guān)8通過壓力彈性開關(guān)上設(shè)置的彈性結(jié)構(gòu)將重力頂板7從橫槽中頂起，頂起的重力頂板7由于高出承接板20可防止碰撞塊4回彈，由于碰撞塊4運(yùn)動(dòng)中速度較快一般能滿足碰撞塊滑過后重力頂板再頂起的情況，如出現(xiàn)其它情況可通過調(diào)節(jié)控制器或壓力彈性開關(guān)來達(dá)到要求，在設(shè)計(jì)最后一塊重力頂板時(shí)，可使頂出的重力頂板與活動(dòng)門5之間的距離與碰撞塊4的寬度盡量相等，從而防止碰撞塊4回滑過多影響測(cè)試準(zhǔn)確性，在碰撞塊4運(yùn)動(dòng)中同時(shí)擠壓彈簧9，這樣第一步碰撞實(shí)驗(yàn)完成；當(dāng)在進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)時(shí)，再抽離活動(dòng)門5從而由彈簧9推動(dòng)碰撞球3在凹形滑軌6上運(yùn)行，檢測(cè)轉(zhuǎn)化后的速度和動(dòng)能。本裝置實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)分步進(jìn)行，使得演示更為方便高效。

為驗(yàn)證同樣的勢(shì)能對(duì)不同質(zhì)量的物體產(chǎn)生不同的速度，碰撞快和碰撞球更換，同時(shí)對(duì)壓力感應(yīng)限位裝置的控制器執(zhí)行控制的參數(shù)通過顯示器進(jìn)行調(diào)整。

所述壓力彈性開關(guān)的工作原理：是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力高于或低于額定的安全壓力時(shí)，感應(yīng)器內(nèi)碟片瞬時(shí)發(fā)生移動(dòng)，通過連接導(dǎo)桿推動(dòng)開關(guān)接頭接通或斷開，當(dāng)壓力降至或升額定的恢復(fù)值時(shí)，碟片瞬復(fù)位，開關(guān)自動(dòng)復(fù)位，或者簡單的說是當(dāng)被測(cè)壓力超過額定值時(shí)，彈性元件的自由端產(chǎn)生位移，直接或經(jīng)過比較后推動(dòng)開關(guān)元件，改變開關(guān)元件的通斷狀態(tài)，達(dá)到控制被測(cè)壓力的目的。壓力彈性開關(guān)采用的彈性元件有單圈彈簧管、膜片、膜盒及波紋管等。

本實(shí)用新型支架設(shè)置為可伸縮支架并標(biāo)有刻度線使落球與碰撞球碰撞同心度更易調(diào)節(jié)，并且可根據(jù)需要通過調(diào)節(jié)支架高度改變懸絲長度滿足落球不同勢(shì)能或動(dòng)能的需要。

本實(shí)用新型所述碰撞塊 4 為剛性的立方形結(jié)構(gòu)通過設(shè)置的剛性材質(zhì)的碰撞快，避免碰撞中過度緩沖，而造成能力損失，降低演示難度，提高實(shí)驗(yàn)的精確性。本實(shí)用新型單片機(jī)的設(shè)置使測(cè)量實(shí)現(xiàn)智能化，使用方便，演示效果好，效率高，為教學(xué)活動(dòng)開展以及學(xué)生的理解帶來了方便。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，則應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型所提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍。