本發(fā)明屬于教學(xué)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高中物理平拋運(yùn)動(dòng)演示裝置。
背景技術(shù)：
高中物理是高中理科基礎(chǔ)之一，是研究運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科。作為自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，物理學(xué)研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律，因此成為其他各自然學(xué)科的研究基礎(chǔ)，它的理論結(jié)構(gòu)充分的運(yùn)用數(shù)學(xué)作為自己的工作語言，以實(shí)驗(yàn)作為檢驗(yàn)理論正確性的唯一標(biāo)準(zhǔn)，它是當(dāng)今最精密的一門自然學(xué)學(xué)科。
物體以一定的初始速度水平方向拋出，如果物體僅受重力作用，這樣的運(yùn)動(dòng)就叫做平拋運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)有的平拋演示裝置存在對物理平拋運(yùn)動(dòng)過程中初始速度不同，造成所拋物體下降重力不同的演示過程不直觀、操作復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生難以理解。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的平拋演示裝置存在對物理平拋運(yùn)動(dòng)過程中初始速度不同，造成所拋物體下降重力不同的演示過程不直觀、操作復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生難以理解的技術(shù)問題而提供一種高中物理平拋運(yùn)動(dòng)演示裝置。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：
該高中物理平拋運(yùn)動(dòng)演示裝置包括盒體，盒體的側(cè)壁上一側(cè)焊接有第一滑道、第二滑道和第三滑道，第一滑道、第二滑道和第三滑道的上端均通過螺栓安裝有儲球盒，第一滑道、第二滑道和第三滑道的下端均水平焊接有平拋槽；
盒體的底部分別放置有與第一滑道、第二滑道和第三滑道相對應(yīng)的接納盒，接納盒的底部均固定安裝有壓力檢測器；盒體的外壁上通過螺釘懸掛有顯示屏，壓力檢測器的信號輸出端均通過數(shù)據(jù)線與顯示屏相連接。
進(jìn)一步，所述第一滑道、第二滑道和第三滑道的下端均焊接有與盒體固定安裝的支撐桿。
進(jìn)一步，所述第一滑道的弧度大于第二滑道的弧度，第二滑道的弧度大于第三滑道的弧度。
進(jìn)一步，所述盒體的背面安裝有太陽能電池板，太陽能電池板的電源輸出端均通過控制開關(guān)與壓力檢測器和顯示屏的供電端相連接。
所述第一滑道、第二滑道和第三滑道的滑模控制方法包括：
步驟一，采用線加速度計(jì)測量導(dǎo)彈俯仰通道的縱向過載ny，加速度計(jì)安裝在彈體上，故測量值為彈體系的縱向過載；采用速率陀螺儀測量導(dǎo)彈的俯仰角速率ωz，控制器根據(jù)測量信號構(gòu)成過載穩(wěn)定跟蹤控制器，給出輸出控制信號uc，輸送給舵機(jī)，通過舵機(jī)控制導(dǎo)彈的縱向過載ny跟蹤期望值
步驟二，滑模面與控制量的構(gòu)造形式及參數(shù)選?。?/p>
進(jìn)行前向飽和環(huán)節(jié)的設(shè)置，對過載誤差進(jìn)行限幅處理，定義誤差變量：
其中
進(jìn)行滑模面設(shè)計(jì)，滑模面由三項(xiàng)組成，分別為上述限幅后的過載誤差項(xiàng)、誤差積分項(xiàng)，以及角速度項(xiàng)，滑模面表達(dá)式如下形式：
其中參數(shù)c1，c2與c3選取隨高度變化，詳見第五步參數(shù)選取，其中p1,q1為互質(zhì)的正奇數(shù)；
進(jìn)行控制量設(shè)計(jì)，控制量采用柔化函數(shù)組成，構(gòu)成如下表達(dá)式所示：
其中參數(shù)ky與ka為增益系數(shù)，ξ為柔化系數(shù)，其中p2,q2為互質(zhì)的正奇數(shù)，p3,q3為互質(zhì)的正奇數(shù)；
參數(shù)ky、ka與ξ選取隨高度變化，詳見第五步參數(shù)選?。?/p>
步驟三，建立特征點(diǎn)仿真程序，搭建步驟一的特征點(diǎn)仿真程序，其中彈體模型采用如下線性微分方程描述：
其中舵機(jī)采用簡化模型：
舵機(jī)時(shí)間常數(shù)為10ms，即τ＝0.01，kτ＝1；而aij為空氣動(dòng)力學(xué)的氣動(dòng)參數(shù)，v＝680；g＝9.810分別為某一高度導(dǎo)彈特征點(diǎn)的氣動(dòng)參數(shù)標(biāo)稱值，此處僅舉例示意，具體數(shù)據(jù)根據(jù)不同導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)略有變化；互質(zhì)奇數(shù)對取值為pi＝7,qi＝9；
步驟四，大小過載信號跟蹤與參數(shù)調(diào)整；首先分別測試系統(tǒng)對大過載與小過載的跟蹤能力；
如果控制效果不理想，可以根據(jù)仿真情況進(jìn)行以標(biāo)準(zhǔn)值為中心的適當(dāng)調(diào)整；
步驟五，魯棒性檢驗(yàn)與參數(shù)調(diào)整：
完成上述控制器參數(shù)設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行氣動(dòng)參數(shù)魯棒性檢驗(yàn)，即將氣動(dòng)參數(shù)按照標(biāo)稱值a25＝-167.87；a35＝0.243；a22＝-2.876；a24＝-193.65；a34＝1.584整體增大a％或者縮小a％；
控制器參數(shù)大小不變，分析氣動(dòng)參數(shù)攝動(dòng)對該組參數(shù)控制效果的影響情況；
如果氣動(dòng)參數(shù)攝動(dòng)后，系統(tǒng)不穩(wěn)定，則需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，并重新進(jìn)行控制參數(shù)魯棒性檢驗(yàn)，直至參數(shù)調(diào)整至魯棒性檢驗(yàn)滿足要求為止。
進(jìn)一步，所述太陽能電池板的加工方法包括以下步驟：
步驟一、將銅源、鋅源、錫源的量比為2:1:1的比例超聲分散，并溶解于特定的溶劑中，制備金屬鹽前軀體溶液，金屬鹽前軀體溶液的濃度為0.001～0.1mol/l；
步驟二、將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底上，經(jīng)退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，退火溫度為200～500度；
進(jìn)一步，所述顯示屏的顯示方法包括以下步驟：
步驟一、確定三色波長的范圍；
步驟二、每個(gè)像素點(diǎn)加入一顆波長580nm左右的橙黃色led；
步驟三、dvi重新計(jì)算產(chǎn)生紅綠黃藍(lán)四色的數(shù)據(jù)；
步驟四、賦予紅綠黃藍(lán)各一組數(shù)據(jù)信號，并把四色的數(shù)據(jù)信號分散給黃綠黃藍(lán)四色燈進(jìn)行顯示。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：該高中物理平拋運(yùn)動(dòng)演示裝置通過在第一滑道、第二滑道、第三滑道上分別放置小球，實(shí)現(xiàn)對小球從平拋槽中以不同速度拋出，通過壓力檢測器檢測小球下降時(shí)產(chǎn)生的重力，并通過顯示屏實(shí)時(shí)顯示，演示過程直觀、操作簡單、學(xué)生容易理解。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高中物理平拋運(yùn)動(dòng)演示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1、盒體；2、第一滑道；3、第二滑道；4、第三滑道；5、儲球盒；6、平拋槽；7、支撐桿；8、接納盒；9、壓力檢測器；10、顯示屏。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下。
下面結(jié)合圖1對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。
該高中物理平拋運(yùn)動(dòng)演示裝置包括盒體1，盒體1的側(cè)壁上一側(cè)焊接有第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4，第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4的上端均通過螺栓安裝有儲球盒5，第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4的下端均水平焊接有平拋槽6；
盒體1的底部分別放置有與第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4相對應(yīng)的接納盒8，接納盒8的底部均固定安裝有壓力檢測器9；盒體1的外壁上通過螺釘懸掛有顯示屏10，壓力檢測9器的信號輸出端均通過數(shù)據(jù)線與顯示屏10相連接。
進(jìn)一步，所述第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4的下端均焊接有與盒體1固定安裝的支撐桿7；通過支撐桿7增加了第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4的強(qiáng)度。
進(jìn)一步，所述第一滑道2的弧度大于第二滑道3的弧度，第二滑道3的弧度大于第三滑道4的弧度。
進(jìn)一步，所述盒體1的背面安裝有太陽能電池板，太陽能電池板的電源輸出端均通過控制開關(guān)與壓力檢測器9和顯示屏10的供電端相連接；太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，為壓力檢測器9和顯示屏10供電。
所述第一滑道、第二滑道和第三滑道的滑?？刂品椒òǎ?/p>
步驟一，采用線加速度計(jì)測量導(dǎo)彈俯仰通道的縱向過載ny，加速度計(jì)安裝在彈體上，故測量值為彈體系的縱向過載；采用速率陀螺儀測量導(dǎo)彈的俯仰角速率ωz，控制器根據(jù)測量信號構(gòu)成過載穩(wěn)定跟蹤控制器，給出輸出控制信號uc，輸送給舵機(jī)，通過舵機(jī)控制導(dǎo)彈的縱向過載ny跟蹤期望值
步驟二，滑模面與控制量的構(gòu)造形式及參數(shù)選?。?/p>
進(jìn)行前向飽和環(huán)節(jié)的設(shè)置，對過載誤差進(jìn)行限幅處理，定義誤差變量：
其中
進(jìn)行滑模面設(shè)計(jì)，滑模面由三項(xiàng)組成，分別為上述限幅后的過載誤差項(xiàng)、誤差積分項(xiàng)，以及角速度項(xiàng)，滑模面表達(dá)式如下形式：
其中參數(shù)c1，c2與c3選取隨高度變化，詳見第五步參數(shù)選取，其中p1,q1為互質(zhì)的正奇數(shù)；
進(jìn)行控制量設(shè)計(jì)，控制量采用柔化函數(shù)組成，構(gòu)成如下表達(dá)式所示：
其中參數(shù)ky與ka為增益系數(shù)，ξ為柔化系數(shù)，其中p2,q2為互質(zhì)的正奇數(shù)，p3,q3為互質(zhì)的正奇數(shù)；
參數(shù)ky、ka與ξ選取隨高度變化，詳見第五步參數(shù)選取；
步驟三，建立特征點(diǎn)仿真程序，搭建步驟一的特征點(diǎn)仿真程序，其中彈體模型采用如下線性微分方程描述：
其中舵機(jī)采用簡化模型：
舵機(jī)時(shí)間常數(shù)為10ms，即τ＝0.01，kτ＝1；而aij為空氣動(dòng)力學(xué)的氣動(dòng)參數(shù)，v＝680；g＝9.810分別為某一高度導(dǎo)彈特征點(diǎn)的氣動(dòng)參數(shù)標(biāo)稱值，此處僅舉例示意，具體數(shù)據(jù)根據(jù)不同導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)略有變化；互質(zhì)奇數(shù)對取值為pi＝7,qi＝9；
步驟四，大小過載信號跟蹤與參數(shù)調(diào)整；首先分別測試系統(tǒng)對大過載與小過載的跟蹤能力；
如果控制效果不理想，可以根據(jù)仿真情況進(jìn)行以標(biāo)準(zhǔn)值為中心的適當(dāng)調(diào)整；
步驟五，魯棒性檢驗(yàn)與參數(shù)調(diào)整：
完成上述控制器參數(shù)設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行氣動(dòng)參數(shù)魯棒性檢驗(yàn)，即將氣動(dòng)參數(shù)按照標(biāo)稱值a25＝-167.87；a35＝0.243；a22＝-2.876；a24＝-193.65；a34＝1.584整體增大a％或者縮小a％；
控制器參數(shù)大小不變，分析氣動(dòng)參數(shù)攝動(dòng)對該組參數(shù)控制效果的影響情況；
如果氣動(dòng)參數(shù)攝動(dòng)后，系統(tǒng)不穩(wěn)定，則需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，并重新進(jìn)行控制參數(shù)魯棒性檢驗(yàn)，直至參數(shù)調(diào)整至魯棒性檢驗(yàn)滿足要求為止。
進(jìn)一步，所述太陽能電池板的加工方法包括以下步驟：
步驟一、將銅源、鋅源、錫源的量比為2:1:1的比例超聲分散，并溶解于特定的溶劑中，制備金屬鹽前軀體溶液，金屬鹽前軀體溶液的濃度為0.001～0.1mol/l；
步驟二、將金屬鹽前軀體溶液噴涂于特定的襯底上，經(jīng)退火處理后在襯底上制備銅鋅錫硫薄膜太陽能電池吸收層，退火溫度為200～500度；
進(jìn)一步，所述顯示屏的顯示方法包括以下步驟：
步驟一、確定三色波長的范圍；
步驟二、每個(gè)像素點(diǎn)加入一顆波長580nm左右的橙黃色led；
步驟三、dvi重新計(jì)算產(chǎn)生紅綠黃藍(lán)四色的數(shù)據(jù)；
步驟四、賦予紅綠黃藍(lán)各一組數(shù)據(jù)信號，并把四色的數(shù)據(jù)信號分散給黃綠黃藍(lán)四色燈進(jìn)行顯示。
在盒體1的上端安裝第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4，第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4頂部儲球盒5的高度一致，但是第一滑道2、第二滑道3和第三滑道4的弧度不一致，實(shí)現(xiàn)對所拋小球初始速度的不同。當(dāng)小球從平拋槽6中拋出以后，會掉落到接納盒8的壓力檢測器9，壓力檢測器9將檢測到的壓力信號通過顯示屏10實(shí)時(shí)顯示，演示過程直觀、操作簡單、學(xué)生容易理解。
以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。