气悬球运动综合实验仪的制作方法

本实用新型涉及试验设备
技术领域：
，尤其涉及一种气悬球运动综合实验仪。
背景技术：
：现有的气垫导轨能够完成大部分需要低阻力状态下的物理实验，比如演示物体的惯性现象、验证牛顿第二定律和验证动量守恒定律等。现有的气垫导轨及配套实验器材存在几点明显不足：(1)比较复杂和昂贵，重量较大便携性差；(2)由于要用到电动气泵和电子计时器，因此在没有市电的地方无法工作；(3)用它开展相关物理实验时无法直观、快速的得出实验结果，需要人工处理实验数据。因此，有必要提供一种新的气悬球运动综合实验仪解决上述技术问题。技术实现要素：本实用新型解决的技术问题是提供一种成本低、重量轻、便于携带的气悬球运动综合实验仪。为解决上述技术问题，本实用新型提供的气悬球运动综合实验仪包括：平台；高度调节螺丝，八个所述高度调节螺丝安装在平台上；约束导轨，所述约束导轨安装在平台的顶侧；挡板，两个所述挡板分别安装在所述约束导轨的两侧；气悬球，所述气悬球安装在所述约束导轨的顶侧；定滑轮，所述定滑轮安装在所述平台的一侧；主机，所述主机安装在所述平台的顶侧；锂电池，所述锂电池安装在所述平台的顶侧；反射式光电门，三个所述反射式光电门安装在所述平台的顶侧。优选的，所述主机包括单片机、蓝牙模块、tft串口屏和矩阵键盘，单片机的型号为stm32f103c8t6。优选的，相邻的两个所述反射式光电门之间的间距为三十厘米。优选的，所述平台为厚为八毫米、长为一百二十厘米、宽为三十厘米的黑色亚克力板。优选的，所述高度调节螺丝的直径为八毫米，长为四毫米。优选的，所述约束导轨为材料直径为四毫米、长度略小于平台长度的玻纤棒，约束导轨将平台分隔为宽度分别为十三厘米和十七厘米的两个部分。优选的，所述定滑轮高出平台上表面四厘米。优选的，所述气悬球内安装有干电池，气悬球通电后会向下喷气型成气垫，使气悬球悬浮离平台上方两毫米。优选的，所述气悬球底侧开设有限位孔，所述限位孔的宽度和深度均略大于四毫米，所述限位孔与约束导轨相适配。优选的，所述气悬球的顶部固定安装有挡光片，挡光片的宽度为四十毫米，档光片与限位孔所在的直径在同一竖直面上。与相关技术相比较，本实用新型提供的气悬球运动综合实验仪具有如下有益效果：本实用新型提供一种气悬球运动综合实验仪，使用气悬球加约束导轨实现现有气垫导轨的功能，大大节省了成本；使用了一体化主机实现了丰富的交互功能和快速数据处理；气悬球用干电池供电，主机用锂电池供电，可以脱离市电工作，整个装置相比于现有气垫导轨轻便了很多，便携性大大提高。附图说明图1为本实用新型提供的第一实施例的结构示意图；图2为图1所示的侧视结构示意图；图3为图1所示的气悬球的正视结构示意图；图4为图1所示的气悬球的侧视示意图；图5为本实用新型提供的第二实施例的结构示意图。图中标号：1、平台，2、高度调节螺丝，3、约束导轨，4、挡板，5、气悬球，6、定滑轮，7、主机，8、锂电池，9、反射式光电门，10、挡光片，11、限位孔。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。第一实施例：请结合参阅图1-图4，在本实用新型的第一实施例中。气悬球运动综合实验仪包括：平台1；高度调节螺丝2，八个所述高度调节螺丝2安装在平台1上；约束导轨3，所述约束导轨3安装在平台1的顶侧；挡板4，两个所述挡板4分别安装在所述约束导轨3的两侧；气悬球5，所述气悬球5安装在所述约束导轨3的顶侧；定滑轮6，所述定滑轮6安装在所述平台1的一侧；主机7，所述主机7安装在所述平台1的顶侧；锂电池8，所述锂电池8安装在所述平台1的顶侧；反射式光电门9，三个所述反射式光电门9安装在所述平台1的顶侧。所述主机包括单片机、蓝牙模块、tft串口屏和矩阵键盘，单片机的型号为stm32f103c8t6。相邻的两个所述反射式光电门9之间的间距为三十厘米。所述平台1为厚为八毫米、长为一百二十厘米、宽为三十厘米的黑色亚克力板。所述高度调节螺丝2的直径为八毫米，长为四毫米。所述约束导轨3为材料直径为四毫米、长度略小于平台1长度的玻纤棒，约束导轨3将平台1分隔为宽度分别为十三厘米和十七厘米的两个部分。所述定滑轮6高出平台1上表面四厘米。所述气悬球5内安装有干电池，气悬球5通电后会向下喷气型成气垫，使气悬球5悬浮离平台1上方两毫米。所述气悬球5底侧开设有限位孔11，所述限位孔11的宽度和深度均略大于四毫米，所述限位孔11与约束导轨3相适配。所述气悬球5的顶部固定安装有挡光片10，挡光片10的宽度为四十毫米，档光片10与限位孔11所在的直径在同一竖直面上。在实施例一的试验中，需要用到高精度电子秤，用于测量气悬球的质量和气悬球运动过程中的合力大小。本实用新型提供的气悬球运动综合实验仪的工作原理如下：实验操作步骤：用电子秤测出两球质量m1和m2，把测得的数据输入主机；把实验平台调至水平，把被碰球置于反射式光电门1、2中间靠近反射式光电门2的位置，入射球放在靠近反射式光电门1的外侧；快速推动入射球给它一个初速度，手必须在入射球到达反射式光电门1前松开；反射式光电门1测得入射球的速度v0,两球在反射式光电门1、2中间完成碰撞，反射式光电门2测得被碰球的末速度v2，入射球的末速度如果由反射式光电门2测得则为v1，如果由反射式光电门1测得则说明反弹则为-v1。主机自动算出碰撞前系统总动量m1.v0，碰撞后系统总动量m1.v1+m2.v2或-m1.v1+m2.v2(入射球反弹的情况)。验证的方法：比较系统碰撞前后总动量是否相等，从而可验证动量守恒定律。实验结果解读：碰撞中的能量守恒碰撞质量：193g被碰质量：126g测速挡光板宽度：40mm碰撞物体初速度：125cm/s碰撞物体末速度：63cm/s被碰物体末速度：94cm/s碰撞前系统总动量：24125g.cm/s碰撞后系统总动量：24003g.cm/s碰撞中的能量守恒碰撞质量：126g被碰质量：193g测速挡光板宽度：40mm碰撞物体初速度：182cm/s碰撞物体末速度：13cm/s被碰物体末速度：115cm/s碰撞前系统总动量：22932g.cm/s碰撞后系统总动量：22699g.cm/s碰撞中的能量守恒碰撞质量：193g被碰质量：193g测速挡光板宽度：40mm碰撞物体初速度：208cm/s碰撞物体末速度：29cm/s被碰物体末速度：178cm/s碰撞前系统总动量：40144g.cm/s碰撞后系统总动量：39951g.cm/s以上从左到右分别是大质量碰小质量、小质量碰大质量和质量相同的两球相碰的实验结果。以第一组数据解读结果为：入射球质量m1＝193g，被碰球质量m2＝126g，挡光板宽度d＝40mm，入射球初速度v0＝125cm/s、末速度v1＝63cm/s，被碰球末速度v2＝94cm/s，碰撞前后系统总动量分别为24125g.cm/s、24003g.cm/s，在误差允许范围内系统碰撞前后总动量相等，动量守恒定律得证。第二实施例：在实施例二的试验中，需要用到高精度电子秤，用于测量气悬球的质量和气悬球运动过程中的合力大小。基于本申请的第一实施例提供的气悬球运动综合实验仪，本申请的第二实施例提出另一种气悬球运动综合实验仪。第二实施例仅仅是第一实施例的优选的方式，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。下面结合附图和实施方式对本实用新型的第二实施例作进一步说明。请结合参阅图5，本实施例与第一实施例的区别在于：实验操作步骤：参照图5，把实验平台一端垫高，以便气悬球能在自身重力分力的作用下沿斜面加速度下滑；用电子测出气悬球质量，把数据输入主机；在细绳一端绑一个小吸盘，吸盘吸在电子秤盘的正中央，细绳的另一端跨过定滑轮与气悬球相连，调整电子秤位置使细绳与秤盘垂直，由平衡条件得电子秤的示数等于气悬球沿斜面向下的重力分大小，即气悬球下滑的合力大小f，把合力f输入主机；让气悬球与细绳分离，沿斜面自由下滑，气悬球经过第一个光电门的遮光时间为δt1，经过第三个光电门的遮光时间为δt2，经过一三两光电门的时间差为t，d为挡光片的宽度，单片机通过以下式子自动算出其加速度：验证的方法：单片机自动算出气悬球质量m与其加速度a的乘积ma，只要比较其合力f与ma是否相等，从而可验证牛顿第二定律。实验结果解读：验证牛顿第二定律物体质量：m＝193g挡板宽度：d＝40mm合力大小：f＝0.1891n加速度：a＝0.9796m/s质量乘加速度：ma＝0.1890kg.m/s2气悬球质量m＝193g，挡光板宽度d＝40mm，气悬球下滑的合力大小f＝0.1891n，加速度a＝0.9796m/s2，气悬球质量与其加速度乘积ma＝0.1990kg.m/s2。实验误差允许范围内，f与ma相等，牛顿第二定律得证。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的
技术领域：
，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页1 2 3 

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