[实用新型]一种可实时时间显示的抛射体运动研究的实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及抛射体运动研究的实验装置，尤其涉及一种可实时时间显示的抛射体运动研究的实验装置。

背景技术

为使理工科大学生加深对运动独立性原理的认识，大学物理实验中安排学生进行对抛射体运动的实验研究，实验通常是以方格纸为背景抛射一小球，采用照相拍摄小球运动轨迹，然后利用照片上小球运动轨迹的瞬时位置数据，包括X坐标、Y坐标和在该位置的时间t，分别写出它在X方向和Y方向的运动方程，来探索小球的运动规律。在使用胶卷照相机时代，为拍摄小球运动获得照片上运动轨迹的瞬时位置是采用多次曝光法，即在黑暗环境中抛射一小球，打开照相机快门，借助闪频仪以一系列等时间间隔的多次闪光对其进行拍摄，这样，在同一张底片上，形成小球运动轨迹的若干个瞬时位置图象；也有让运动小球在灯光照明下，用等时间间隔开启快门进行拍摄，获得底片上小球运动轨迹的若干个瞬时位置图象。在数码照相时代，采用的方法是应用数码照相机的摄像功能，拍摄抛射小球的运动全过程，然后，用截图软件截取视频中的一帧帧图，再用图像处理软件将每帧图上的小球粘贴到同一张图的相应位置上，从而在电脑屏幕上获得小球运动轨迹中的若干个瞬时位置数据。用上述几种方法均可得到小球运动过程中的若干个瞬时位置，测量它在X方向和Y方向的位置坐标，但是对每两小球之间的运动时间无法测量，只能以间接形式表示其时间量，前者以闪频仪的闪光频率来表征时间，如闪频频率为25Hz，则获得底片上两相邻小球间隔时间推断为1/25秒＝0.04秒；后者则以数码照相机说明书所列每秒摄像帧数为表征时间依据，如说明书称摄像每秒30帧，则认定两相邻小球间隔时间为1/30秒＝0.033秒。显然，这样的时间值依据不够充分，非实验操作人亲自测量得到，缺乏说服力，而且该时间值有一定误差。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种可实时时间显示的抛射体运动研究的实验装置。

可实时时间显示的抛射体运动研究的实验装置包括拍摄灯箱、玻璃面板、抛射管、光电门、时间显示器、数码照相机和三脚架，玻璃面板安装在拍摄灯箱正面，在拍摄灯箱左边框上固定抛射管，抛射管低端管口两侧面按有光电门，拍摄灯箱右上方位置嵌入安装时间显示器，数码照相机固定在三脚架上，镜头面对拍摄灯箱。

所述的时间显示器包括石英晶体振荡器、多个分频器、第一计数器、第二计数器、4个第一级显示LED和4个第二级显示LED；石英晶体振荡器、分频器、第一计数器和第二计数器依次连接，第一计数器和第一级显示LED连接，第二计数器和第二级显示LED连接；石英晶体振荡器输出振荡频率为几十MHz的脉冲，多个分频器10将它分成频率为100Hz的脉冲，输入第一级8421码十进制计数器，计数器4个输出端与构成第一级显示的4个LED连接，该级显示为0.01秒数量级时间，LED点亮用8421码制读取。当第一级计数器输入9个计数脉冲时，产生一进位脉冲输入第二级8421码计数器，计数器4个输出端与构成第二级显示的4个LED连接，该级显示为0.1秒数量级时间，其LED点亮用8421码制读取。

所述的抛射管为一不对称U形空心管，管内径15～20mm，管两端高度差大于0.5米。

所述的拍摄灯箱内按有多根日光灯。

所述的玻璃面板为印制有黑色方格坐标的毛玻璃板。

所述的光电门由发光二极管和光敏元件组成，两元件面面相对，距离15～20mm，光电门输出信号线与时间显示器连接。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

1)在拍摄小球整个抛射运动过程中可定格小球瞬时位置和显示小球在该位置的时间，计时精确度可达0.01秒；

2)由于采用背光源照明，拍摄不受环境亮度影响，相机曝光时间短，拍摄图象清晰、无拖影、对比度高，为后期处理工作带来极大方便；

3)装置结构简单，省去了传统计时器的译码电路和七段LED数码管尽可能缩短时间计数信号的传输路程，提高了时间测试精度，同时充分利用了LED余辉时间短的特点，避免了在显示毫秒时间时数码管七段笔划的不完整显示；

4)制造成本低廉，操作方便，容易掌握，可靠性高。

附图说明

图1是可实时时间显示的抛射体运动研究的实验装置的结构示意图；

图2是本实用新型的时间显示器外形图；

图3是本实用新型的时间显示器电路方框图；

图4是本实用新型实施例截取视频示意图之一；

图5是本实用新型实施例截取视频示意图之二；