一种物理实验演示装置及方法制造方法及图纸

一种物理实验演示装置及方法，包括底座以及设置于底座上的阶梯型操作台，其中阶梯型操作台从高至低依次设置第一、二、三、四台阶，第一台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的后侧向外延伸，第二、三、四台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的前侧，并且阶梯型操作台的后背板的部分作为第一台阶的台阶侧面，第一、二、三、四台阶的台阶面分别与第一、二、三、四台阶的台阶侧面构成对应的台阶，能够自动演示，直观展示，并且提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物理实验领域，具体涉及一种物理实验演示装置及方法。
技术介绍
目前，物理实验大多需要教师来操作演示，演示受到操作环境的影响比较大，并且可复现性差，学生的体验感差。在传统的自由落体试验中，通常是教师将不同质量的小球从同一高度放下，小球同时落地则证明了物体下落的快慢与其本身的质量无关，然而这种演示方式往往受限于空间，即在很短的下落距离就已经完成，很难更加有效的展示出这一物理现象。当年，伽利略为了验证自由落体运动的速度是匀速变化的，物体下落的速度与物体的重量无关，物体下落的速度和时间成正比，下落的距离和时间的平方成正比这一物理现象，受限于当时的科技水平，只能在比萨铁塔这样具有一定高度的建筑物上完成。然而，目前随着科技的进步，电子化的测量技术手段不断发展，测量灵敏度和精度也不断的提高，运用电子手段来实现自由落体的测量演示成为可能，但是目前大多的自由落体实验装置都采用教室操作的方式，仅仅是展示出这一现象，并没有把学生的主动性调动起来，操作误差大，自动化程度低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够自动演示，直观展示，并且提高了测量精度的物理实验演示装置及方法。本专利技术提供了一种物理实验演示装置，包括底座以及设置于底座上的阶梯型操作台，其中阶梯型操作台从高至低依次设置第一、二、三、四台阶，第一台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的后侧向外延伸，第二、三、四台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的前侧，并且阶梯型操作台的后背板的部分作为第一台阶的台阶侧面，第一、二、三、四台阶的台阶面分别与第一、二、三、四台阶的台阶侧面构成对应的台阶；第一、二、三、四台阶的台阶侧面具有不同的设置高度，分别记为S1，S2，S3和S4，并且S1，S2，S3和S4已知；第一、二、三台阶的台阶侧面的下端分别设置风扇，第一台阶的台阶面和台阶侧面相交的部分设置挡板；每一个台阶的台阶面和台阶侧面的交汇处都对应设置有通过感测传感器，以及分别在第二、三、四台阶面和底座上表面上设置的计时测量单元；计时测量单元包括计时器和测量单元，控制器接收到信号后控制对应的计时测量单元中的计时器启动，计时器开始计时，当对应的测量单元测量到小球落到台阶面时，对应的计时器停止计时，将计时结果发送至控制器，控制器处理后将计时结果发送至显示器进行显示；显示器、通过感测传感器、开始键、驱动单元、计时单元分别与控制器连接，驱动单元还分别连接风扇和挡板，用于控制风扇的功率和挡板的打开和闭合。优选地，第一台阶的台阶面为凹槽结构。优选地，第一、二、三、四台阶的台阶面具有一定的倾斜角度。优选地，通过感测传感器为压力传感器。本专利技术还提供了一种利用物理实验演示装置的重力加速度测量方法，依次包括如下步骤：(1)将小球放置于第一台阶的台面上，通过开始键发送开始命令至处理器，处理器接收到开始命令后，控制驱动单元同时将挡板和第一、二、三台阶对应的风扇打开；(2)对应的通过感测传感器和计时测量单元开始测量，并将测量结果发送至控制器；(3)控制器接收到测量结果，经过处理后分别获得小球在第一、二、三、四台阶的台阶侧面的下落时间T1，T2，T3，T4；(3)利用第一、二、三、四台阶的台阶侧面的高度值S1，S2，S3和S4，以及小球在第一、二、三、四台阶的台阶侧面的下落时间T1，T2，T3，T4，通过如下公式分别计算得到每个下落时间对应的重力加速度值：g＝2S/t2，其中S为小球的下落高度，t为小球在对应下落高度的时间；(4)分别将步骤(3)得到的4个重力加速度的计算值做平均后得到第一测量重力加速度；(5)选择不同质量的小球，重复步骤(1)-(4)，得到第二测量重力加速度；(6)将第一测量加速度和第二测量加速度的平均值作为最终测量的重力加速度。本专利技术的物理实验演示装置及方法，可以实现：1)自动的完整物理实验演示，并且直观的展示；2)自动化的测量方式，使得整个过程不但自动化的完成，而且精确的实验了测量，提高了因为人为操作等造成的误差；3)装置结构简单，操作方便。附图说明图1为物理实验演示装置结构示意图；图2为物理实验演示装置电性连接结构示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供了一种物理实验演示装置，如图1所示，演示装置包括底座1，以及设置于底座1上的阶梯型操作台2，其中阶梯型操作台2从高至低依次设置第一、二、三、四台阶，其中第一台阶的台阶面设置于阶梯型操作台2的后背板的后侧向外延伸，并且第一台阶的台阶面具有一凹槽结构4，使得小球9放置时不会脱落；第二、三、四台阶的台阶面设置于阶梯型操作台2的后背板的前侧，并且阶梯型操作台2的后背板的部分作为第一台阶的台阶侧面，第一、二、三、四台阶的台阶面分别与第一、二、三、四台阶的台阶侧面构成对应的台阶，并且第一、二、三、四台阶的台阶面具有一定的倾斜角度，为了避免实验误差，倾斜角度的设置要相对较小。第一、二、三、四台阶的台阶侧面具有不同的设置高度，分别记为S1，S2，S3和S4，并且S1，S2，S3和S4已知。本专利技术一个重要的设置就是在第一、二、三台阶的台阶侧面的下端分别设置风扇3，这样当小球9下落过程中，当下落到台阶表面由于水平方向的力不够时，就可以通过控制风扇3的风力来在水平方向上给小球9施加力，但是同时不影响小球9在垂直方向上的下降速度，使得实验可以自动的完整，不再需要人工干预。第一台阶的台阶面和台阶侧面相交的部分设置挡板5，从而防止在实验还没有开始的时候，小球9自行下滑，那么当实验开始的时候，只需要将小球放置于第一台阶的台阶面上，然后按下开始键10，就可以控制挡板5打开，小球9自行开始下落。每一个台阶的台阶面和台阶侧面的交汇处都对应设置有通过感测传感器7，以及分别在第二、三、四台阶面和底座1上表面上设置的计时测量单元6，其中通过感测传感器7可以为压力传感器，那么当小球经过通过感测传感器7时，通过感测传感器7测量到压力信号。计时测量单元6包括计时器和测量单元，控制器接收到信号后控制对应的计时测量单元6中的计时器启动，计时器开始计时，当对应的测量单元测量到小球落到台阶面时，对应的计时器6停止计时，将计时结果发送至控制器，控制器处理后将计时结果发送至显示器8进行显示。图2是本专利技术的物理实验演示装置电连接示意图，如图2所示，显示器、通过感测传感器、开始键、驱动单元、计时单元分别与控制器连接，驱动单元还分别连接风扇和挡板，用于控制风扇的功率和挡板的打开和闭合。本专利技术还提供了一种基于物理实验演示装置的重力加速度测量方法，依次包括如下步骤：(1)将小球放置于第一台阶的台面上，通过开始键发送开始命令至处理器，处理器接收到开始命令后，控制驱动单元同时将挡板和第一、二、三台阶对应的风扇打开；(2)对应的通过感测传感器和计时测量单元开始测量，并将测量结果发送至控制器；(3)控制器接收到测量结果，经过处理后分别获得小球在第一、二、三、四台阶的台阶侧面的下落时间T1，T2，T3，T4；(3)利用第一、二、三、四台阶的台阶侧面的高度值S1，S2，S3和S4，以及小球在第一、二、三、四台阶的台阶侧面的下落时间T1，T2，T3，T4，通过如下公式分别计算得到每个下落时间对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物理实验演示装置，其特征在于：包括底座以及设置于底座上的阶梯型操作台，其中阶梯型操作台从高至低依次设置第一、二、三、四台阶，第一台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的后侧向外延伸，第二、三、四台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的前侧，并且阶梯型操作台的后背板的部分作为第一台阶的台阶侧面，第一、二、三、四台阶的台阶面分别与第一、二、三、四台阶的台阶侧面构成对应的台阶；第一、二、三、四台阶的台阶侧面具有不同的设置高度，分别记为S1，S2，S3和S4，并且S1，S2，S3和S4已知；第一、二、三台阶的台阶侧面的下端分别设置风扇，第一台阶的台阶面和台阶侧面相交的部分设置挡板；每一个台阶的台阶面和台阶侧面的交汇处都对应设置有通过感测传感器，以及分别在第二、三、四台阶面和底座上表面上设置的计时测量单元；计时测量单元包括计时器和测量单元，控制器接收到信号后控制对应的计时测量单元中的计时器启动，计时器开始计时，当对应的测量单元测量到小球落到台阶面时，对应的计时器停止计时，将计时结果发送至控制器，控制器处理后将计时结果发送至显示器进行显示；显示器、通过感测传感器、开始键、驱动单元、计时单元分别与控制器连接，驱动单元还分别连接风扇和挡板，用于控制风扇的功率和挡板的打开和闭合。...

【技术特征摘要】
1.一种物理实验演示装置，其特征在于：包括底座以及设置于底座上的阶梯型操作台，其中阶梯型操作台从高至低依次设置第一、二、三、四台阶，第一台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的后侧向外延伸，第二、三、四台阶的台阶面设置于阶梯型操作台的后背板的前侧，并且阶梯型操作台的后背板的部分作为第一台阶的台阶侧面，第一、二、三、四台阶的台阶面分别与第一、二、三、四台阶的台阶侧面构成对应的台阶；第一、二、三、四台阶的台阶侧面具有不同的设置高度，分别记为S1，S2，S3和S4，并且S1，S2，S3和S4已知；第一、二、三台阶的台阶侧面的下端分别设置风扇，第一台阶的台阶面和台阶侧面相交的部分设置挡板；每一个台阶的台阶面和台阶侧面的交汇处都对应设置有通过感测传感器，以及分别在第二、三、四台阶面和底座上表面上设置的计时测量单元；计时测量单元包括计时器和测量单元，控制器接收到信号后控制对应的计时测量单元中的计时器启动，计时器开始计时，当对应的测量单元测量到小球落到台阶面时，对应的计时器停止计时，将计时结果发送至控制器，控制器处理后将计时结果发送至显示器进行显示；显示器、通过感测传感器、开始键、驱动单元、计时单元分别与控制器连接，驱动单元还分别连接风扇和挡板，用于控制风扇的功率和挡板的打开和闭合。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：第一台阶的...

【专利技术属性】
技术研发人员：华浩哲，
申请(专利权)人：华浩哲，
类型：发明
国别省市：山东;37