專利名稱：一種新型二維時空描跡儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種二維時空描跡儀，尤其涉及一種能使運動體產(chǎn)生平動并在運動體開始運動時同步計時的新型二維時空描跡儀。
背景技術(shù)：
二維時空描跡儀是一種用于研究物體運動規(guī)律的儀器，主要用于教學過程中的物理實驗，尤其用于物體的自由落體運動軌跡和平拋運動軌跡的實驗。其原理是在使運動體產(chǎn)生自由落體運動或平拋運動的同時，以相同的時間為間隔標注運動體的運動軌跡，以測算運動體在垂直方向或水平方向的加速度，達到驗證物體的運動規(guī)律(如牛頓定律)或研究新的運動規(guī)律的目的。
在現(xiàn)有二維時空描跡儀中，平拋技術(shù)主要有兩種方式(1)用球體通過斜槽軌道進行平拋；(2)用長方體作為運動體，置于平臺上，用發(fā)射槍推動長方體進行平拋。這兩種方式的缺陷在于前者需要操作者手動描出軌跡，每操作一次描一個點，整個實驗大概需要12-20個點，且每次球體拋出速度均不可能相同，所以實驗不僅繁瑣，而且誤差很大；后者由于運動體受重力作用，在其重心越過平臺邊緣時開始向下翻轉(zhuǎn)(一般肉眼難以察覺，通過頻閃攝像可發(fā)現(xiàn))，由于翻轉(zhuǎn)會使重心發(fā)生偏移，所以同樣會產(chǎn)生誤差?，F(xiàn)有二維時空描跡儀的計時器都有一個缺陷計時開始與運動開始不同步，以自由落體運動為例，計時器記下的第一點不是運動開始時速度為零的第一點，所以第一點與其它各點的距離是隨機的，這時若以g＝2h/t2來求重力加速度，就會有比較大的誤差，不利于教學。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種能使運動體產(chǎn)生平動并在運動體開始運動時同步計時的新型二維時空描跡儀。
本實用新型是采用以下方式來實現(xiàn)上述目的的本實用新型主要由底座和箱體組成，底座上設(shè)置有各種調(diào)節(jié)按鈕和控制開關(guān)，箱體上設(shè)置有所需用電器，所述控制開關(guān)通過電線與箱體上的各用電器對應(yīng)連接，在所述箱體的上部安裝有控制電磁體、發(fā)射電磁體和光電門，發(fā)射電磁體的上部與一水平方向的連接桿固定連接，連接桿的另一端通過拉簧與速度調(diào)節(jié)旋鈕連接，速度調(diào)節(jié)旋鈕安裝于箱體側(cè)壁上，其手柄露于箱體外，在連接桿的中段設(shè)置有縱向金屬片，控制電磁體和光電門固定安裝于箱體上，控制電磁體位于連接桿上的金屬片與發(fā)射電磁體之間，光電門位于控制電磁體與速度調(diào)節(jié)旋鈕之間，控制電磁體與發(fā)射電磁體之間的距離等于金屬片與光電門的感光處之間的距離，發(fā)射電磁體在通電后與運動體通過電磁吸附連接；電路連接中，在發(fā)射電磁體的電源輸入端之前加裝有同步火花計時器。
在平拋實驗過程中，首先調(diào)整各調(diào)節(jié)按鈕至相應(yīng)位置，然后接通電源，再將白紙和導電紙(白紙在上)一起用磁條平整地緊壓在面板上使之固定，然后左推發(fā)射電磁體直到使連接桿的金屬片與控制電磁體吸合為止，再裝上運動體(即使運動體吸附于發(fā)射電磁體的下方)，在玻璃支架上安裝好導電玻璃板，最后按下控制開關(guān)，直至描跡完畢才放手。
按下控制開關(guān)后，控制電磁體立即與電源斷開，控制電磁體因失電而失去磁性，連接桿的金屬片與控制電磁體在拉簧的作用下分開，發(fā)射電磁體向控制電磁體快速移動，在發(fā)射電磁體被控制電磁體擋住的同時，光電門被連桿上的金屬片遮擋，在光電門被遮擋的瞬間，光電門向同步火花計時器輸出一個脈沖信號，同步火花計時器開始工作，它執(zhí)行兩種操作(1)讓發(fā)射電磁體立即失電而失去磁性，運動體在慣性作用下被水平拋出；(2)按事先設(shè)定的頻率均勻地輸出正脈沖，導電玻璃板和面板的金屬板之間建立相應(yīng)的電場并同步地通過運動體的放電針放電，高速運動的電子流將導電紙上的墨粉帶出并附在白紙上形成軌跡點。由于運動體在被拋前吸附于發(fā)射電磁體的下方，沒有力矩產(chǎn)生，所以更接近真正的平動，有效減小了誤差。
自由落體的實驗過程與平拋實驗相比，減少了平拋的過程，按下控制開關(guān)后直接讓運動體自由落下，其原理與上相同。
本實用新型的有益效果在于綜上所述，用本實用新型做二維時空描跡實驗，能使運動體產(chǎn)生幾乎絕對平動并在運動體開始運動時同步計時，所以誤差極小，利于學習。


圖1是本實用新型去掉導電玻璃板后的主視圖；圖2是本實用新型去掉后蓋后的后視圖之一；圖3是本實用新型去掉后蓋后的后視圖之二；圖4是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖5是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖之二。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步具體描述如圖1所示，本實用新型主要由底座1和箱體2組成，底座1上設(shè)置有各種調(diào)節(jié)按鈕和控制開關(guān)9，如圖2所示，在箱體2的上部安裝有控制電磁體11、發(fā)射電磁體6和光電門13，發(fā)射電磁體6的上部與一水平方向的連接桿10固定連接，連接桿10的另一端通過拉簧14與速度調(diào)節(jié)旋鈕5連接，速度調(diào)節(jié)旋鈕5安裝于箱體2的側(cè)壁上，其手柄露于箱體2外，在連接桿10的中段設(shè)置有縱向金屬片12，控制電磁體11和光電門13固定安裝于箱體2上，控制電磁體11位于連接桿10上的金屬片12與發(fā)射電磁體6之間，光電門13位于控制電磁體11與速度調(diào)節(jié)旋鈕5之間，控制電磁體11與發(fā)射電磁體6之間的距離等于金屬片12與光電門5的感光處之間的距離，發(fā)射電磁體6在通電后與運動體7通過電磁吸附連接；電路連接中，主要有兩種形式(1)如圖4所示，這是平拋實驗的電路結(jié)構(gòu)示意圖，在發(fā)射電磁體6的電源輸入端之前加裝有同步火花計時器16；(2)如圖5所示，這是自由落體實驗的電路結(jié)構(gòu)示意圖，同樣在發(fā)射電磁體6的電源輸入端之前加裝有同步火花計時器16。
在平拋實驗過程中，如圖1所示，首先調(diào)整各調(diào)節(jié)按鈕至相應(yīng)位置，然后接通電源，再將白紙和導電紙(白紙在上)一起用磁條平整地緊壓在面板3上使之固定，如圖2所示，然后左推發(fā)射電磁體6直到使連接桿10的金屬片12與控制電磁體11吸合為止，再裝上運動體7(即使運動體7吸附于發(fā)射電磁體6的下方)，如圖1所示，在玻璃支架4上安裝好導電玻璃板，最后按下控制開關(guān)9，直至描跡完畢才放手。
按下控制開關(guān)9后，由圖4可知，控制電磁體11立即與電源15斷開，控制電磁體11因失電而失去磁性，連接桿10的金屬片12與控制電磁體11在拉簧14的作用下分開，發(fā)射電磁體6向控制電磁體11快速移動，結(jié)合圖3和圖4，在發(fā)射電磁體6被控制電磁體11擋住的同時，光電門13被連桿10上的金屬片12遮擋，在光電門13被遮擋的瞬間，光電門13向同步火花計時器16輸出一個脈沖信號，同步火花計時器16開始工作，它執(zhí)行兩種操作(1)讓發(fā)射電磁體6立即失電而失去磁性，運動體7在慣性作用下被水平拋出；(2)按事先設(shè)定的頻率均勻地輸出正脈沖，導電玻璃板和面板3的金屬板之間建立相應(yīng)的電場并同步地通過運動體7的放電針8放電，高速運動的電子流將導電紙上的墨粉帶出并附在白紙上形成軌跡點。由于運動體7在被拋前吸附于發(fā)射電磁體6的下方，沒有力矩產(chǎn)生，所以更接近真正的平動，有效減小了誤差。
在自由落體的實驗過程，按下控制開關(guān)9之前的準備工作與上相同。按下控制開關(guān)9后，由圖5可知，同步火花計時器16立即無電壓輸出，發(fā)射電磁體6因失電而失去磁性，結(jié)合圖2和圖5，運動體7自由落下，同時同步火花計時器16開始按事先設(shè)定的頻率均勻地輸出正脈沖，導電玻璃和面板3的金屬板之間建立相應(yīng)的電場并同步地通過運動體7的放電針8放電，高速運動的電子流將導電紙上的墨粉帶出并附在白紙上形成軌跡點。由于同步火花計時器16的作用，計時開始與運動開始同步，計時器記下的第一點就是運動開始時速度為零的第一點，這時完全可以用公式g＝2h/t2來求重力加速度。用本實用新型做的自由落體實驗的測量數(shù)據(jù)及用傳統(tǒng)二維時空描跡儀做的自由落體實驗的測量數(shù)據(jù)對比如下表所示(注打點頻率均為50Hz)
權(quán)利要求1.一種新型二維時空描跡儀，主要由底座和箱體組成，底座上設(shè)置有各種調(diào)節(jié)按鈕和控制開關(guān)，箱體上設(shè)置有所需用電器，所述控制開關(guān)通過電線與箱體上的各用電器對應(yīng)連接，其特征在于在所述箱體的上部安裝有控制電磁體、發(fā)射電磁體和光電門，發(fā)射電磁體的上部與一水平方向的連接桿固定連接，連接桿的另一端通過拉簧與速度調(diào)節(jié)旋鈕連接，速度調(diào)節(jié)旋鈕安裝于箱體側(cè)壁上，其手柄露于箱體外，在連接桿的中段設(shè)置有縱向金屬片，控制電磁體和光電門固定安裝于箱體上，控制電磁體位于連接桿上的金屬片與發(fā)射電磁體之間，光電門位于控制電磁體與速度調(diào)節(jié)旋鈕之間，控制電磁體與發(fā)射電磁體之間的距離等于金屬片與光電門的感光處之間的距離，發(fā)射電磁體在通電后與運動體通過電磁吸附連接；電路連接中，在發(fā)射電磁體的電源輸入端之前加裝有同步火花計時器。
專利摘要本實用新型公開了一種能使運動體產(chǎn)生平動并在運動體開始運動時同步計時的新型二維時空描跡儀。本實用新型在箱體的上部安裝有控制電磁體、發(fā)射電磁體和光電門，發(fā)射電磁體的上部與一水平方向的連接桿固定連接，連接桿的另一端通過拉簧與速度調(diào)節(jié)旋鈕連接，在連接桿的中段設(shè)置有縱向金屬片，控制電磁體和光電門固定安裝于箱體上，控制電磁體位于連接桿上的金屬片與發(fā)射電磁體之間，光電門位于控制電磁體與速度調(diào)節(jié)旋鈕之間；電路連接中，在發(fā)射電磁體的電源輸入端之前加裝有同步火花計時器。用本實用新型做二維時空描跡實驗，能使運動體更接近真實的平動，并實現(xiàn)在運動體開始運動時同步計時，所以誤差極小，利于教學。
文檔編號G09B23/10GK2837959SQ20052003622
公開日2006年11月15日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者盛治華, 施春雷 申請人:盛治華, 施春雷