[发明专利]一种物理平抛运动的数据采集装置及方法

说明书

本发明提供了一种物理平抛运动的数据采集装置及方法，包括：压力传感器、旋转角度传感器、水平仪、原点对齐组件、激光测距仪；所述压力传感器设置于导轨顶端，旋转角度传感器设置于导轨的拐角处，水平仪设置于导轨的水平部分，原点对齐组件设置于导轨水平部分的末端，所述导轨固定于内板上；所述激光测距仪分别于挡槽一端以及内板上端各设置一个，分别测量横坐标以及纵坐标。通过连续记录多次的平抛运动的下落点，并采用曲线拟合各点，形成抛物线，解决了现有技术中平抛运动数据采集中无法定量分析运动规律的问题，实现定性与定量结合的方式揭示运动规律，装置设计简单，操作难度小，更易于普及。

技术领域

本发明涉及物理实验技术领域，特别是涉及一种物理平抛运动的数据采集装置及方法。

背景技术

将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，不考虑空气阻力，物体只在重力作用下所做的运动，叫做平抛运动。平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动这两个分运动。

目前，研究平抛运动规律的实验方法有：1、利用描迹方法研究其运动轨迹；2、利用闪光照片定量研究其运动规律；3、利用平抛运动分解仪定性分析其运动规律。第一种方法只能定性说明其运动轨迹，不能研究运动规律。第二种方法能定量分析平抛运动规律，分析深刻，效果好，但实验设备复杂，价格高、操作难度大，只能在暗室中进行，因此很难普及。教学中常用已拍好的现成照片，学生不能亲自实验，教师不好进行演示。第三种方法利用对比方法间接分析平抛运动，该方法仍属于一种定性方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种物理平抛运动的数据采集装置及方法，旨在解决现有技术中平抛运动数据采集中无法定量分析运动规律的问题，实现定性与定量结合的方式揭示运动规律，装置设计简单易操作。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种物理平抛运动的数据采集装置，所述装置包括：

压力传感器、旋转角度传感器、水平仪、原点对齐组件、激光测距仪；

所述压力传感器设置于导轨顶端，旋转角度传感器设置于导轨的拐角处，水平仪设置于导轨的水平部分，原点对齐组件设置于导轨水平部分的末端，所述导轨固定于内板上；

所述内板粘贴有坐标纸，并固定于底座上，所述底座还设置有滑动杆，所述滑动杆上设置有挡槽，所述挡槽沿滑动杆上下移动，并固定于某一位置；

所述激光测距仪分别于挡槽一端以及内板上端各设置一个，分别测量横坐标以及纵坐标。

优选地，所述压力传感器用于通过获取释放小球的信号，验证小球是否固定在起始位置处，包括内置导线、铜棒、铜片、微型电源以及电流检测组件，所述内置导线一直处于与铜棒连接状态，铜片外接一根导线经微型电源以及电流检测组件与内置导线连接，构成回路。

优选地，所述铜棒在受到压力下降时，接触到底部的铜片，整个回路产生电流，信号被电流检测组件接收，将电流信号无线传输至电脑终端。

优选地，所述旋转角度传感器用于获取物体获得初速度的下落角度，包括固定条、电阻圈导线、微电流表以及微型电源。

优选地，所述固定条上设置有卡条，通过与凹槽的配合设计，用于以不同角度来固定固定条，所述固定条的底端连接导线，分别经微型电源以及微电流表，并通过导线连接电阻圈。

优选地，所述水平仪用于判断导轨的水平部分是否水平放置，包括圆管两端铜片、铁球、底端铜片、导线、微电源以及电流信号处理模块，当水平放置时，铁球处于中间位置，电流未导通，信号输出端无输出，当发生倾斜时，铁球与某一端的铜片接触，并和底部铜片一直处于连接中，构成通路。

优选地，所述原点对齐组件用于判断导轨末端是否和坐标纸原点对齐，包括金属凸点、微型凹片、导线、微型电源以及电流信号处理模块，所述金属凸点安装于导轨末端出口靠近内板的一侧，所述微型凹片安装与内板上与原点水平的位置，所述微型凹片在凹陷处设置有金属涂层。