一种时空描迹仪的电路结构及其构成的二维时空描迹仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种时空描迹仪的电路结构及其构成的二维时空描迹仪，解决现有二维时空描迹仪在做平抛或自由落体运动实验时存在误差大、不能同步计时的问题。该电路结构，包括IC集成块、桥式整流电路、限流电阻R3、打点电路、桥式整流滤波电路以及三端稳压器；由该电路结构构成的二维时空描迹仪，包括底座、箱体，安装在底座内部的电路结构，设置在底座上并与电路结构连接的开关控制装置，设置在箱体上并与电路结构连接的运动控制机构，与该运动控制机构连接的打点装置，以及设置在箱体内部的打点纸和导电纸。本实用新型专利技术设计合理，计时与运动完全同步，实验计时打点结果准确，因此本实用新型专利技术适于教学使用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种时空描迹仪，具体地说，是涉及一种时空描迹仪的电路结构及其构成的二维时空描迹仪。
技术介绍
二维时空描迹仪是一种用于研究物体运动规律的仪器，主要用于教学过程中的物理实验方面，尤其用于物体的自由落体运动轨迹和平抛运动轨迹的实验。其原理是在使运动体产生自由落体运动或平抛运动的同时，以相同的时间为间隔标注运动块的运动轨迹，以测算运动块在垂直方向或水平方向上的速度和加速度等物理量，达到验证物体的运动规律或研究新的运动规律的目的。在现有的二维时空描迹仪中，平抛运动实验主要有两种方式：（1）用球体通过斜槽轨道进行平抛；（2）用长方体作为运动块，置于平台上，用发射枪推动长方体进行平抛。这两种方式的缺陷在于：前者需要操作者手动描出轨迹，每操作一次描一个点，整个实验大概需要12-20个点，由于每次球体抛出速度均不可能相同，所以实验流程不仅繁琐，而且实验结果误差很大；后者由于运动块受重力作用，在其重心越过平台边缘时会向下翻转，从而产生很大的误差。此外，现有的二维时空描迹仪的计时器都有一个缺陷：计时开始与运动开始不同步，无论是平抛运动还是自由落体运动，其计时器记下的第一个点不是运动开始时速度为零的第一点，并且第一点与其它各点的距离是随机的，这时若仍以g=2hV2/S2和g=2h/t2来求平抛和自由落体运动的重力加速度，则会存在非常大的误差，不利于教学。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种时空描迹仪的电路结构及其构成的二维时空描迹仪，主要解决现有的二维时空描迹仪在做平抛或自由落体运动实验时存在误差大、不能同步计时的问题。<br>为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种时空描迹仪的电路结构，包括IC集成块，依次连接的桥式整流电路、限流电阻R3和打点电路，与IC集成块相连接的三端稳压器，以及与该三端稳压器相连接的桥式整流滤波电路，所述打点电路也与IC集成块相连接。所述IC集成块内部集成有信号发生器、比较器、触发器、同步单元和驱动单元，其中，信号发生器、比较器和触发器均与同步单元连接，该同步单元则与驱动单元连接。所述打点电路包括与限流电阻R3相连的高压包，与限流电阻R3相连的电容C4，以及与串接在高压包与IC集成块之间的单向可控硅电路。在上述基础上，本技术还提供了由该电路结构构成的二维时空描迹仪，包括设置有箱体和电源开关的底座，安装在底座内部的电路结构，设置在底座上并与电路结构连接的开关控制装置，设置在箱体上并与电路结构连接的运动控制机构，与该运动控制机构连接的打点装置，设置在箱体内部的打点纸，以及设置在打点纸与箱体之间的导电纸。具体地说，所述开关控制装置包括安装在底座上且均与IC集成块连接的频率选择开关、水平速度选择开关和脉冲开关。具体地说，所述运动控制机构包括固定在箱体上的控制电磁铁，一端固定在箱体上、另一端固定有贯穿控制电磁铁的连接杆的拉簧，以及固定在该连接杆上的金属片和发射电磁铁；所述控制电磁铁位于金属片与发射电磁铁之间，并且所述控制电磁铁和发射电磁铁均通过接插件连接器与桥式整流滤波电路连接。进一步地，所述开关控制装置还包括设置在底座上的复位开关，该复位开关与IC集成块连接且还连接于三端稳压器与IC集成块之间的电路。具体地说，所述打点装置包括通过电磁吸附方式连接在发射电磁铁上的运动体，以及固定在该运动体上的金属放电针。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：（1）本技术原理简单，实验流程简洁，使用方便。（2）本技术的电路结构清晰明了，一方面，市电电流经过整流后，可以使高压包放电打点；另一方面，变压器通过变压输出电流，然后经整流、滤波和稳压后可以驱动IC集成块工作，从而判断运动块的初始运动位置和运动状态，并实现同步计时。（3）本技术在运动体上加装软磁材料，在描迹仪通电后运动体可以吸附在发射电磁铁上，当发射电磁铁关断瞬间，运动体同步失去磁性只受重力作用，从而实现了运动体平抛运动和自由落体运动，其设计方式非常巧妙，打点计时精确、同步，无论重复几次实验，其实验结果均保持了良好的一致性，因而本技术可以更直观、明了地得出两种运动的物理规律。（4）本技术设有复位开关，通过复位开关的控制，可以避免控制电磁铁和发射电磁铁出现长期通电导致过热的现象，使用时，控制电磁铁和发射电磁铁在完成一次实验后将始终处于断开状态，只有在按下复位开关后才能再次使控制电磁铁和发射电磁铁接通工作，因此，复位开关的设计不仅保护了控制电磁铁和发射电磁铁，而且也有效地节约了电能。（5）本技术利用电路可以控制运动体做平抛运动实验时的水平抛出速度，操作简便，并且无论速度大小，其均能够同步计时。（6）本技术性价比高，用来做二维时空描迹实验时，无论是平抛运动实验还是自由落体运动实验均能在运动体开始运动时同步计时，误差极小，因此本技术非常适合用于教学使用。附图说明图1为本技术的主视图。图2为本技术的电路结构示意图。图3为本技术做平抛运动实验时的后视图一。图4为本技术做平抛运动实验时的后视图二。图5为本技术在同一张打点纸上做平抛运动和自由落体运动后的实验结果示意图。其中，附图标记对应的零部件名称为：1-底座，2-箱体，3-拉簧，4-连接杆，5-金属片，6-控制电磁铁，7-发射电磁铁，8-运动体，9-金属放电针，10-打点纸，11-频率选择开关，12-水平速度选择开关，13-脉冲开关，14-复位开关。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明，本技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例如图1、3和4所示，本技术包括底座1、箱体2、开关控制装置、运动控制机构、打点装置、导电纸以及打点纸10。箱体2、开关控制装置设置在底座1上，而运动控制机构、打点装置、导电纸和打点纸10则分别设置在箱体2上。开关控制装置包括固定在底座1上的频率选择开关11、水平速度选择开关12、脉冲开关13和复位开关14，频率选择开关11通过拨动可以设置打点的频率，例如0.01s打一次或是0.02s打一次，水平速度选择开关12则通过拨动可以控制打点装置抛出的速度大小。运动控制机构用于控制运动体8同步释放，打点装置用于同步在打点纸10上打点，以便留下供实验研究的点迹，具体地说，该运动控制机构包括拉簧3、连接杆4、金属片5、控制电磁铁6以及发射电磁铁7；打点装置则包括运动体8和金属放电针9，运动体8上设有软磁材料。拉簧3一端固定在箱体2上，另一端与连接杆4的一端连接，该连接杆4贯穿固定在箱体2上的控制电磁铁6，金属片5固定在该连接杆4上，且控制电磁铁6位于金属片5和发射电磁铁7之间。通电时，由于发射电磁铁7产生了磁场，并且运动体8上设有软磁材料，因此运动体8通过电磁吸附的方式可以连接在发射电磁铁7下方，而金属放电针9则固定在运动体8上，用于在打点纸10上放电打点，本实施例中，导电纸和打点纸10依次固定在箱体2的内板上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时空描迹仪的电路结构，其特征在于：包括IC集成块，依次连接的桥式整流电路、限流电阻R3和打点电路，与IC集成块相连接的三端稳压器，以及与该三端稳压器相连接的桥式整流滤波电路，所述打点电路也与IC集成块相连接。

【技术特征摘要】
1.一种时空描迹仪的电路结构，其特征在于：包括IC集成块，依次连接的桥式整流电路、限流电阻R3和打点电路，与IC集成块相连接的三端稳压器，以及与该三端稳压器相连接的桥式整流滤波电路，所述打点电路也与IC集成块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种时空描迹仪的电路结构，其特征在于：所述IC集成块内部集成有信号发生器、比较器、触发器、同步单元和驱动单元，其中，信号发生器、比较器和触发器均与同步单元连接，该同步单元则与驱动单元连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种时空描迹仪的电路结构，其特征在于：所述打点电路包括与限流电阻R3相连的高压包，与限流电阻R3相连的电容C4，以及与串接在高压包与IC集成块之间的单向可控硅电路。
4.一种二维时空描迹仪，包括设置有箱体（2）的底座（1），其特征在于：还包括如权利要求1～3任意一项所述且安装在底座（1）内部的电路结构，设置在底座（1）上并与电路结构连接的开关控制装置，设置在箱体（2）上并与电路结构连接的运动控制机构，与该运动控制机构连接的打点装置，设置在箱体（2）内部的打点纸（10），以及设置在打点纸（10）与箱体（2）之间的导...

【专利技术属性】
技术研发人员：施春雷，
申请(专利权)人：四川省玛卓科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：