本發(fā)明涉及一種用于研究小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)器，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，為研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常采用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器牽拉紙帶記錄小車運(yùn)動(dòng)情況，測量各點(diǎn)之間的距離從而得出結(jié)論，目前多使用計(jì)時(shí)器、尺子來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，誤差很大。并且，現(xiàn)有的演示運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)器多是研究拉力、小車質(zhì)量、摩擦力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，并沒有研究接觸面積這一因素與小車的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)上述問題，提供一種實(shí)驗(yàn)器，不僅測量精確度高，而且可以研究小車速度與拉力、摩擦面、小車質(zhì)量、小車與摩擦面接觸面積的關(guān)系，一種器材多種應(yīng)用，使用方便，操作簡單。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種用于研究小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)器，包括小車、底座，其特征在于：還包括固定于底座上的可拆卸的直線導(dǎo)軌、分別設(shè)于直線導(dǎo)軌兩端的前擋板、后擋板以及間隔設(shè)置于直線導(dǎo)軌中部的兩個(gè)可沿直線導(dǎo)軌兩側(cè)軸向移動(dòng)的光電門，所述直線導(dǎo)軌上設(shè)置小車，所述前擋板朝向小車的一側(cè)固定緩沖件，其背離小車的一側(cè)固定滑輪，所述小車前端設(shè)有牽引線，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述牽引線與直線導(dǎo)軌軸線平行并經(jīng)滑輪朝垂向下方延伸，其末端固定牽引塊，所述小車頂端設(shè)有用于限位配重塊的限位裝置，其底端設(shè)有用于調(diào)節(jié)滾輪數(shù)量的調(diào)節(jié)裝置。

小車沿直線導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)，直線導(dǎo)軌可拆卸，使用時(shí)，可以依據(jù)需要選取不同摩擦面的導(dǎo)軌，用于研究摩擦力與小車運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。牽引力方向與小車運(yùn)動(dòng)方向保持一致，滑輪用于保持牽引力方向不變，以保證實(shí)驗(yàn)精確度。兩光電門可以測量出小車在一段距離內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而得出小車的運(yùn)動(dòng)速度，光電門將數(shù)據(jù)發(fā)送給采集器，再傳輸至計(jì)算機(jī)，顯示出測量結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述小車底部設(shè)有若干對(duì)通過軸承與輪軸連接的滾輪，輪軸兩端具有卡槽，所述卡槽內(nèi)卡有與之相適配的卡圈，所述小車底板上對(duì)應(yīng)卡圈位置處設(shè)有長孔；所述輪軸上方設(shè)有垂向施力的并與輪軸抵接的壓簧，所述調(diào)節(jié)裝置設(shè)于小車底板上部，包括推拉桿和固定于推拉桿末端的滑塊，所述滑塊上表面設(shè)有與輪軸相匹配的限位槽，當(dāng)滑塊卡在輪軸與小車底板之間時(shí)，輪軸嵌入限位槽內(nèi)，當(dāng)滑塊抽出時(shí)，小車的滾輪觸地，所述卡圈嵌入長孔內(nèi)。

滾輪通過軸承與輪軸連接，小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)而輪軸不轉(zhuǎn)動(dòng)。輪軸上方設(shè)有壓簧，壓簧抵接輪軸，持續(xù)不斷地施加垂向向下的力，保證滾輪能始終著地。輪軸上還設(shè)有卡圈，當(dāng)輪軸被壓簧推至貼近小車底板的位置處時(shí)，卡圈嵌入底板上的長孔內(nèi)，起到限定輪軸位置的作用，保證小車平穩(wěn)運(yùn)行。卡圈可以采用環(huán)狀卡圈或者C形卡圈，C形的卡圈便于安裝。當(dāng)需要減少小車滾輪數(shù)量時(shí)，推動(dòng)推拉桿，使得滑塊插入輪軸下部，將輪軸向上頂起，則滾輪即離開地面呈懸空狀態(tài)，滑塊上還設(shè)有限位槽，輪軸正好嵌在限位槽內(nèi)，起到一定程度的限位作用?；瑝K是截面呈近似L形的形狀，不僅具有貼近底板的水平部分，還具有向上凸起的豎直部分，可直接設(shè)置在兩個(gè)相鄰的輪軸之間，不會(huì)脫離小車也無須抽離小車，這樣使得實(shí)驗(yàn)小車更加整體化、一體化，省去過多的零件組裝過程。在實(shí)驗(yàn)過程中，可通過推拉推拉桿改變實(shí)驗(yàn)條件，探究小車輪子與小車所受摩擦力的關(guān)系。

進(jìn)一步地，配重塊質(zhì)量取值范圍為0g～100g，牽引塊質(zhì)量取值范圍為10g～50g。經(jīng)發(fā)明人多次試驗(yàn)，該重量范圍滿足在一定長度的直線導(dǎo)軌上完成演示，例如20cm到80cm長度范圍內(nèi)。若小車及配重塊質(zhì)量過大，則可能出現(xiàn)牽引塊難以拉動(dòng)小車的情況，若牽引塊重量過大，則小車在運(yùn)動(dòng)過程中可能出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，所以合適的拉力和合適的小車配重可以提高實(shí)驗(yàn)的精確性，降低實(shí)驗(yàn)誤差。

進(jìn)一步地，所述前擋板上設(shè)有線槽，所述牽引線穿過線槽搭接于滑輪上。為了起到較好的阻擋作用，前擋板可能會(huì)設(shè)置得比較高，此時(shí)，在前擋板上開設(shè)線槽，則牽引線可懸空穿過線槽，不僅可以保持小車牽引力方向與運(yùn)動(dòng)方向一致，并且牽引線與線槽不接觸，避免了摩擦力的影響，降低實(shí)驗(yàn)誤差。

進(jìn)一步地，所述底座上沿軸向設(shè)有刻度貼。底座上的刻度貼用來標(biāo)示兩光電門之間的距離，使用時(shí)，為達(dá)到較好的測量效果，可依據(jù)需要選擇兩光電門的擺放位置及二者之間的距離長短。

進(jìn)一步地，所述直線導(dǎo)軌通過固定夾固定于底座上。固定夾緊固導(dǎo)軌，防止其在小車運(yùn)動(dòng)過程中偏移、移動(dòng)，影響實(shí)驗(yàn)精確度。

進(jìn)一步地，所述光電門通過緊固件緊固于底座上。通過安裝或者拆卸緊固件實(shí)現(xiàn)光電門的移動(dòng)和固定。

進(jìn)一步地，所述緩沖件為緩沖彈簧。緩沖彈簧價(jià)格低廉且具有較好的緩沖效果。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：1.實(shí)驗(yàn)器材為一體化結(jié)構(gòu)，使用時(shí)，無需花費(fèi)過多時(shí)間組裝；便于課堂演示；2.該實(shí)驗(yàn)器材不僅可以研究小車速度與拉力、小車質(zhì)量、摩擦力的關(guān)系，而且可以探究小車與摩擦面的接觸面積(輪子數(shù)量)是否對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)造成影響；3.采用光電門測定小車移動(dòng)一段距離的時(shí)間，測量精度高。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中：

圖1為實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為滑塊抬起中間輪軸時(shí)小車底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為滑塊未抬起中間輪軸時(shí)小車底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為滑塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1小車，2底座，3直線導(dǎo)軌，4前擋板，5后擋板，6光電門，7緩沖彈簧，8滑輪，9牽引線，10配重塊,11線槽，12固定夾，13砝碼桶，14輪軸，15推拉桿，16滑塊，17限位槽，18小車底板，19滾輪，20砝碼桿，21壓簧，22卡圈，23長孔。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例一

圖1至圖4示出了本發(fā)明的第一種實(shí)施方式，如圖1所示，一種用于研究小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)器，包括小車1、底座2，還包括通過固定夾12固定于底座2上的可拆卸的長800mm的直線導(dǎo)軌3、分別設(shè)于直線導(dǎo)軌兩端的前擋板4、后擋板5以及間隔設(shè)置于直線導(dǎo)軌中部的兩個(gè)可沿直線導(dǎo)軌兩側(cè)軸向移動(dòng)的光電門6。固定夾12為垂直式夾鉗。直線導(dǎo)軌3上設(shè)置小車1，前擋板4朝向小車的一側(cè)固定兩個(gè)對(duì)稱分布的緩沖彈簧7，其背離小車的一側(cè)固定滑輪8，小車1前端設(shè)有牽引線9，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引線9與直線導(dǎo)軌軸線平行并搭接滑輪8朝垂向下方延伸，其末端固定的砝碼桶13，砝碼桶內(nèi)加裝砝碼以改變小車?yán)?。砝碼桶13與其內(nèi)裝入的砝碼共同作為牽引塊拉動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)裝入的砝碼質(zhì)量取值范圍為10g～50g，而砝碼桶的質(zhì)量幾乎忽略不計(jì)。前擋板4上設(shè)有線槽11，所述牽引線9懸空穿過線槽11搭接于滑輪8上。小車頂端設(shè)有用于固定配重塊10的砝碼桿20，砝碼桿20直徑為4.5mm，需要增加小車配重時(shí)，將作為配重塊10的具孔砝碼套在砝碼桿20上，配重塊質(zhì)量取值范圍為0g～100g。小車底部共設(shè)有三對(duì)通過軸承與輪軸14連接的滾輪19，如圖2、圖3所示，輪軸14兩端具有卡槽，卡槽內(nèi)卡有與之相適配的呈C形的卡圈22，小車底板上對(duì)應(yīng)卡圈位置處設(shè)有長孔23；輪軸上方設(shè)有兩個(gè)垂向施力的并與輪軸抵接的壓簧21，調(diào)節(jié)裝置設(shè)于小車底板18上部，包括推拉桿15和固定于推拉桿末端的滑塊16?；瑝K16設(shè)置在小車后兩個(gè)輪軸之間，滑塊16上表面設(shè)有一條與輪軸14相匹配的限位槽17，當(dāng)滑塊16卡在輪軸與小車底板18之間時(shí)，將輪軸14抬起，則小車滾輪懸空；當(dāng)滑塊16抽出時(shí)，小車的滾輪19觸地，卡圈22嵌入長孔23內(nèi)。如圖4所示，滑塊16截面呈近似L形的形狀，其不僅具有貼近底板的水平部分，還具有向上凸起的豎直部分，設(shè)置在兩個(gè)輪軸之間，不會(huì)脫離小車也無須抽離小車，這樣使得實(shí)驗(yàn)小車更加整體化、一體化，省去過多的零件組裝過程?；瑝K16頭部具有坡度，為楔形設(shè)計(jì)，便于從輪軸下部的縫隙中插入。當(dāng)滑塊16卡在輪軸與小車底板18之間時(shí)，小車抬起小車中間的輪軸，并且輪軸14嵌入限位槽17內(nèi)，其位置相對(duì)固定，保證小車運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)滑塊16抽出時(shí)，輪軸14在壓簧的壓力作用下下移，小車的滾輪19觸地。在實(shí)驗(yàn)過程中，可以選擇推進(jìn)或抽出滑塊，將小車觸地的滾輪變成4個(gè)或者6個(gè)，由此可以改變實(shí)驗(yàn)條件，探究小車輪子與小車所受摩擦力的關(guān)系。底座上沿軸向設(shè)有刻度貼，光電門可沿刻度貼移動(dòng)。

使用時(shí)，固定好底座2與直線導(dǎo)軌3，并將兩個(gè)光電門6沿底座上的刻度貼確定好距離并調(diào)整位置使得小車能從其下通過。在砝碼桶13內(nèi)裝入砝碼。將小車?yán)临N近后擋板5的位置后松手，小車在拉力的作用下運(yùn)動(dòng)，并依此通過兩個(gè)光電門，光電門采集數(shù)據(jù)并由計(jì)算機(jī)計(jì)算出通過時(shí)間，則可得出小車運(yùn)動(dòng)的平均速度。試驗(yàn)過程中，可改變條件，選擇不同的直線導(dǎo)軌3、不同的配重塊10、不同的拉力、不同小車輪子數(shù)量探究小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律。以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是采用了噴塑面直線導(dǎo)軌(光滑面)與絨布面直線導(dǎo)軌(摩擦面)得出的。

下列四個(gè)表格(表1～表4)為采用該小車演示運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

表1

表2

表3

表4

如上述4個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表格，由表1可以看出：在其他條件相同的情況下，小車配重越大，其運(yùn)動(dòng)速度越慢。由表2可以看出：在其他條件相同的情況下，摩擦面越粗糙，小車運(yùn)動(dòng)速度越慢。由表3可以看出：在其他條件相同的情況下，小車運(yùn)動(dòng)速度與小車的輪子數(shù)量，即小車與直線導(dǎo)軌的接觸面積大小無關(guān)。由表4可以看出：在其他條件相同的情況下，小車所受拉力越大，小車運(yùn)動(dòng)速度越快。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。