【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种物理实验装置，并且特别涉及一种运动的合成与分解定量实验装置。
技术介绍
1、运动的合成与分解规律是人类探究物体运动规律的基础。它是高中物理教材的重点内容。
2、在运动的合成与分解中，合运动与分运动关系的规律得出是近代物理学教学中的难点，如何直观体现是教具制作的难点。
3、目前国内使用的运动的合成与分解定量实验仪器主要存在有以下的缺点：
4、(1)直观性不够。教材上使用的蜡块的运动演示实验蜡块并没有留下点迹或是痕迹，很难让学生理解合运动、分运动；有一些实验仪器使用运动物体携带毛笔、或运动物体上放置紫外灯并在背景放上感光板、或运动物体为磁性滑块并且背景使用磁性板等组合等留下运动物体实际的点迹，还需要人工拿笔对感光板上的点迹描点进行处理才能得到运动的合成与分解的结论，费时费力又不够直观，且点迹的描绘和处理过程会存在一定实验误差。
5、(2)研究问题不够全面。首先是对角度的探究不够全面：教材上使用的蜡快的运动演示实验只有在直角情况下的实验，却能得出普遍的定量的规律，而已有的实验仪器大多数只能进行直角情况下的实验；其次是对运动类型(如锐角、直角、钝角情况下)的探究不够全面：已有的实验仪器大多数只能进行合运动与分运动都是匀速直线运动的实验，没有探究变速情况；还有人工计算位移涉角度及应用余弦定理，需要量角器和数学用表查余弦值，麻烦费力；最后是数据分析不够全面：已有的实验对数据的处理是对合运动、分运动的位移、速度进行分析，使用作图法的方式利用平行四边形定则进行合成，而没有涉及到对
6、(3)使用不够便捷。部分能够留下运动点迹的实验中，往往需要对画板上的点迹进行擦除处理才能进行下一次实验，对于部分使用在运动物体上放置紫外灯并在背景放上感光板的装置，还需要人工拿记号笔粗描获得点迹，存在记号笔描点带来的笔墨残留，板面擦除不干净，影响下次实验的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中运动的合成与分解定量实验装置存在的难以让学生理解和掌握运动的合成与分解规律，以及直观性不够、使用不够便捷、探究的物理量和研究的问题不够全面等技术难题，本专利技术提出了一种运动的合成与分解新型定量实验装置，用于解决上述技术问题。
2、根据本专利技术的第一方面，提出了一种运动的合成与分解定量实验装置，包括第一导轨、第二导轨、打点计时器、驱动电机和触摸屏，驱动电机包括控制第二导轨在第一导轨上运动的第一电机，以及控制打点计时器在第二导轨上运动的第二电机，触摸屏设置于打点计时器的后方，且覆盖打点计时器随第一导轨和第二导轨运动行程范围。
3、在一些具体的实施例中，第二导轨与第一导轨配合的一端设置有角度调整机构。角度调整机构可调节第二导轨与第一导轨呈直角、锐角或钝角。
4、在一些具体的实施例中，角度调整机构包括角度转向器，第二导轨的末端与角度转向器可转动地连接，角度转向器上开设有供转轴穿过的转轴孔和用于锁定角度的弧形转动槽。
5、在一些具体的实施例中，第二导轨上设置有支撑结构，支撑结构包括固定板和弹簧支撑机构，固定板设置于第二导轨的中部和下部，弹簧支撑机构设置于第二导轨的中部和下部的两固定板之间。
6、在一些具体的实施例中，弹簧支撑机构包括螺旋弹簧和气弹簧支撑杆。
7、在一些具体的实施例中，打点计时器包括频率调节器、电磁铁和打点机构，打点机构的一端固定，中部设置有与电磁铁配合的振动片，另一端设置有打点针，频率调节器控制电磁铁与振动片的吸或放。
8、在一些具体的实施例中，还包括控制箱，控制箱设置于触摸屏和导轨的一侧，控制箱分别连接第一电机和第二电机，以控制第二导轨和/或打点计时器的位移速度和加速度。
9、根据本专利技术的第二方面，提出了一种运动的合成与分解定量实验方法，利用如上述的实验装置，包括：
10、s1：调节第二导轨角度，使其与第一导轨分别呈锐角、直角或钝角，设置第一电机和第二电机的匀速运动速度值以及打点计时器的打点频率；
11、s2：在三个角度状态下分别控制第一导轨单独运动、第二导轨单独运动、第一导轨和第二导轨同时运动，并通过打点计时器在触摸屏上记录点迹；
12、s3：计算并分析分运动与合运动的位移大小及方向，利用平行四边形定则对分运动进行合成得到合成的合运动理论位移/速度值，根据图像比较合运动理论位移/速度和实际位移/速度之间的关系。
13、在一些具体的实施例中，s1还包括设置第一电机和第二电机的加速运动值，以使得第一导轨和第二导轨做匀加速直线运动。
14、在一些具体的实施例中，s3还包括计算并分析合运动分解的分运动的位移/速度大小和方向，并将其与第一导轨和第二导轨单独运动时的分运动之间的位移/速度大小和方向利用同一标度的有向线段标注，根据图像比较合运动分解的分运动的理论点迹与导轨单独运动的分运动之间的位移/速度关系。
15、本专利技术的一种运动的合成与分解定量实验装置，针对现有的运动的合成与分解定量实验装置存在以下的问题：(1)直观性不够。目前的实验装置运动的物体不留下点迹或者是还需要对点迹进行处理才能得到运动的合成与分解的结论，不够直观，且点迹的描绘和处理过程会存在一定实验误差；(2)研究问题不够全面。已有的装置对角度、运动类型的探究、数据的分析不够全面：没有探究多种角度情况；没有探究变速情况；最没有涉及到对加速度的分析以及对轨迹的拟合分析。(3)使用不够便捷。部分能够留下运动点迹的实验中，往往需要人工拿笔对画板的点迹进行擦除处理才能进行下一次实验，对于部分使用在运动物体上放置紫外灯，并在背景设置感光板的装置，还需要人工拿记号笔粗描获得点迹，存在记号笔描点带来的笔墨残留，板面擦除不干净，影响下次实验的问题。
16、针对上述所述存在问题，本专利技术提出并实施解决问题的技术方案：(1)使用触摸屏幕电视黑板并利用编程软件进行点迹的记录。触摸屏幕在外界物体触碰的情况下会有反应，用软件编程在屏幕界面呈现出坐标格，通过编程实现触摸时相应位置出现点迹。选定坐标原点，建立正方向后，可以利用坐标(x,y)的形式记录触摸屏幕上点迹位置。利用控制器控制导轨1方向、导轨2方向以规定速度、加速度单独运动时，打点计时器的运动情况也和二者相同，此时接通打点计时器电源让其进行打点，就可以得到两个分运动的点迹，用(xan,yan)和(xbn,ybn)进行记录。利用控制器控制导轨1方向、导轨2方向以和分运动条件下相同的规定速度、加速度同时运动时，再接通打点计时器电源让其进行打点，就可以得到两个分运动的合运动的点迹，用(xcn,ycn)进行记录。
17、(2)利用气弹簧支撑杆、螺旋弹簧和自制可改变角度的万向装置，可以实现锐角、直角、钝角情况下的实验。利用plc控制系统对导轨滑块的运动速度进行控制，输入对应的速度、加速度和行程，导轨滑块可做相应的运动。编程对运动的点迹进行分析和处理：建立合适的坐标系，编程对收集的点迹进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，包括第一导轨、第二导轨、打点计时器、驱动电机和触摸屏，所述驱动电机包括控制所述第二导轨在所述第一导轨上运动的第一电机，以及控制所述打点计时器在所述第二导轨上运动的第二电机，所述触摸屏设置于所述打点计时器的后方，且覆盖所述打点计时器随所述第一导轨和所述第二导轨运动行程范围。
2.根据权利要求1所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述第二导轨与所述第一导轨配合的一端设置有角度调整机构，所述角度调整机构可调节所述第二导轨与所述第一导轨呈直角、锐角或钝角。
3.根据权利要求2所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述角度调整机构包括角度转向器，所述第二导轨的末端与所述角度转向器可转动地连接，所述角度转向器上开设有供转轴穿过的转轴孔和用于锁定角度的弧形转动槽。
4.根据权利要求1所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述第二导轨上设置有支撑结构，所述支撑结构包括固定板和弹簧支撑机构，所述固定板设置于所述第二导轨的中部和下部，所述弹簧支撑机构设置于所述第二导轨的中部和下部的两
5.根据权利要求4所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述弹簧支撑机构包括螺旋弹簧和气弹簧支撑杆。
6.根据权利要求1所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述打点计时器包括频率调节器、电磁铁和打点机构，所述打点机构的一端固定，中部设置有与所述电磁铁配合的振动片，另一端设置有打点针，所述频率调节器控制所述电磁铁与所述振动片的吸或放。
7.根据权利要求1所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，还包括控制箱，所述控制箱设置于所述触摸屏和导轨的一侧，所述控制箱分别连接所述第一电机和第二电机，以控制所述第二导轨和/或所述打点计时器的位移速度和加速度。
8.一种运动的合成与分解定量实验方法，其特征在于，利用如权利要求1-7中任一项所述的实验装置，包括：
9.根据权利要求8所述的运动的合成与分解定量实验方法，其特征在于，所述S1还包括设置所述第一电机和所述第二电机的加速运动值，以使得所述第一导轨和所述第二导轨做匀加速直线运动。
10.根据权利要求8所述的运动的合成与分解定量实验方法，其特征在于，所述S3还包括计算并分析合运动分解的分运动的位移/速度大小和方向，并将其与所述第一导轨和所述第二导轨单独运动时的分运动之间的位移/速度大小和方向利用同一标度的有向线段标注，根据图像比较所述合运动分解的分运动的理论点迹与导轨单独运动的分运动之间的位移/速度关系。
...【技术特征摘要】
1.一种运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，包括第一导轨、第二导轨、打点计时器、驱动电机和触摸屏，所述驱动电机包括控制所述第二导轨在所述第一导轨上运动的第一电机，以及控制所述打点计时器在所述第二导轨上运动的第二电机，所述触摸屏设置于所述打点计时器的后方，且覆盖所述打点计时器随所述第一导轨和所述第二导轨运动行程范围。
2.根据权利要求1所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述第二导轨与所述第一导轨配合的一端设置有角度调整机构，所述角度调整机构可调节所述第二导轨与所述第一导轨呈直角、锐角或钝角。
3.根据权利要求2所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述角度调整机构包括角度转向器，所述第二导轨的末端与所述角度转向器可转动地连接，所述角度转向器上开设有供转轴穿过的转轴孔和用于锁定角度的弧形转动槽。
4.根据权利要求1所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述第二导轨上设置有支撑结构，所述支撑结构包括固定板和弹簧支撑机构，所述固定板设置于所述第二导轨的中部和下部，所述弹簧支撑机构设置于所述第二导轨的中部和下部的两固定板之间。
5.根据权利要求4所述的运动的合成与分解定量实验装置，其特征在于，所述弹簧支撑机构包括螺旋弹簧和气弹簧支撑杆。
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