本發(fā)明屬于物理實驗器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在水平勻速運動過程中豎直上拋投物體，被拋投物體做拋物線運動，落點和拋投點一致的運動合成物理實驗演示儀。

背景技術(shù)：

據(jù)相關(guān)文獻資料顯示，目前所研發(fā)出的運動合成物理實驗演示儀，操作復(fù)雜、實驗誤差大、實驗效果不明顯，增加了學(xué)生理解相關(guān)物理教學(xué)內(nèi)容的難度，不適合在課堂中做演示實驗。

而從目前在學(xué)校物理教學(xué)過程中人們所使用的運動合成物理實驗演示儀情況來看，現(xiàn)在市場上的“運動合成實驗演示儀”功能比較單一，只能演示其中某種較為簡單的運動合成實驗，且結(jié)構(gòu)較為簡單，實驗誤差較大，操作困難，實驗效果不夠明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于彌補現(xiàn)有物理實驗演示儀器的技術(shù)不足，設(shè)計提供一種運動合成物理實驗演示儀，該運動合成物理實驗演示儀能演示水平勻速直線運動過程中，使物體做豎直向上拋投運動，用于物理實驗教學(xué)，演示運動合成這一物理現(xiàn)象。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種運動合成物理實驗演示儀，包括底座、伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置和自動彈射裝置，伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置通過螺栓連接固定在底座上，用于驅(qū)動自動彈射裝置部分做水平勻速直線運動，自動彈射裝置通過支撐桿15和伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置連接固定，并通過伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置的運動使其裝置完成彈射和復(fù)位，使質(zhì)量球受到彈力豎直向上做拋投運動。

具體地，所述的底座包括支腳1和底板2，底板2水平固定在支腳1上。

具體地，所述的伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置包括軸承部件I31、軸承部件II32、導(dǎo)軌臺4、導(dǎo)軌5、絲杠螺母6、滑臺7、導(dǎo)軌滑塊8、絲杠9、限位開關(guān)I101、限位開關(guān)II102、聯(lián)軸器部件11、伺服電機12、護罩13，導(dǎo)軌滑塊8與導(dǎo)軌5聯(lián)接，導(dǎo)軌滑塊8可在導(dǎo)軌5上滑動，導(dǎo)軌5連接固定在導(dǎo)軌臺4上，導(dǎo)軌5兩端分別安裝有軸承部件I31和軸承部件II32，絲杠螺母6與絲杠9聯(lián)接，絲杠螺母6可隨絲杠9轉(zhuǎn)動而直線移動，絲杠9安裝在軸承部件I31和軸承部件II32之間，聯(lián)軸器部件11安裝在軸承部件II32上，伺服電機12安裝在聯(lián)軸器部件11另一側(cè)，聯(lián)軸器部件11把伺服電機12和絲杠9聯(lián)接起來，軸承部件I31上安裝有限位開關(guān)I101，軸承部件II32上安裝有限位開關(guān)II102，滑臺7與絲杠螺母6、導(dǎo)軌滑塊8連接固定，通過伺服電機12驅(qū)動絲杠9轉(zhuǎn)動，使與絲杠螺母6和導(dǎo)軌滑塊8連接成一體的滑臺7及其部件在導(dǎo)軌5上做水平勻速直線運動，滑臺7在限位開關(guān)I101限定位置停下后使伺服電機12反轉(zhuǎn)做復(fù)位動作，滑臺7移動到限位開關(guān)II102限定位置停止，此時自動彈射裝置復(fù)位至彈射前的初始狀態(tài)，護罩13套在整個伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置外部，用以保護伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置。

具體地，所述的自動彈射裝置包括彈射控制板14、支撐桿15、紅外檢測裝置16、落球平臺17、質(zhì)量球18、落球錐口19、彈射推塊20、彈簧21、彈射套筒22，落球平臺17通過支撐桿15和伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置的滑臺7連接固定，落球平臺17上裝有紅外檢測裝置16，落球錐口19和彈射套筒22連接后安裝在落球平臺17上，質(zhì)量球18、彈射推塊20和彈簧21安裝在彈射套筒22內(nèi)，彈射控制板14安裝在護罩13上，自動彈射裝置在水平運動過程中，彈射推塊20在設(shè)定位置觸動彈射控制板14的限位槽，釋放彈簧21使質(zhì)量球18受到彈力豎直向上做拋投運動，彈射控制板14的限位槽使演示儀在復(fù)位過程中壓縮彈簧21達到復(fù)位效果。

優(yōu)選地，所述的支腳1上設(shè)置有用于高度調(diào)節(jié)的螺紋機構(gòu)，通過調(diào)整四個支腳1螺紋機構(gòu)的高度，使底板2保持水平。

優(yōu)選地，所述的導(dǎo)軌5通過螺釘連接固定在導(dǎo)軌臺4上。

本發(fā)明的工作原理是：在實際的操作使用本發(fā)明的過程中，只需通過支腳1調(diào)整好該演示儀的水平狀態(tài)，接通電源，按下演示儀電路配備的啟動按鈕，即可使伺服電機12正轉(zhuǎn)驅(qū)動絲杠9轉(zhuǎn)動，從而帶動與絲杠螺母6和導(dǎo)軌滑塊8連接成一體的滑臺7之上的自動彈射裝置整體部件在導(dǎo)軌上做水平勻速直線運動，當(dāng)運動到設(shè)定位置，彈射推塊20觸動彈射控制板14的限位槽，釋放彈簧21使質(zhì)量球18受到彈力豎直向上做拋投運動，此時，紅外檢測裝置16實時記錄下質(zhì)量球18自落球錐口19上拋的開始時間和檢測出質(zhì)量球18上拋的速度，由于伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置使自動彈射裝置整體部件繼續(xù)往前做水平勻速直線運動，當(dāng)質(zhì)量球18落下時，落點正好在落球錐口19處，和拋點相同，這時，紅外檢測裝置16記錄下質(zhì)量球18整個上拋運動的時間間隔；質(zhì)量球18落下后，伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置繼續(xù)往前做水平勻速直線運動，到達限位開關(guān)I 101限定位置時觸發(fā)限位開關(guān)I 101使伺服電機12反轉(zhuǎn)，伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置往回做水平勻速直線運動的復(fù)位動作，此過程中彈射推塊20在設(shè)定位置觸動彈射控制板14復(fù)位槽壓縮彈簧21，完成復(fù)位，與此同時，演示儀在限位開關(guān)II 102的作用下停止，完成實驗，演示儀處于實驗前的初始狀態(tài)；在演示儀運行過程中，紅外檢測裝置16，能夠?qū)崟r的檢測出質(zhì)量球18拋出到落下的時間間隔和初始速度，并把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上做運算，得出實驗結(jié)果，在顯示器上顯示輸出，便于學(xué)生對運動計算結(jié)果做觀察對比，加深學(xué)生對這一物理現(xiàn)象的理解掌握。

本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)合理，操作簡單，使用方便，實驗誤差小，實驗效果明顯，對學(xué)生探究運動合成和分解這一物理現(xiàn)象有很大幫助。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個方向的立體結(jié)構(gòu)簡圖；

圖2為本發(fā)明的另一個方向的立體結(jié)構(gòu)簡圖；

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意主視圖；

圖4為本發(fā)明的自動彈射裝置結(jié)構(gòu)局部放大圖；

圖5為本發(fā)明的自動彈射裝置結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖中各標(biāo)號為：1-支腳，2-底板，31-軸承部件I，32-軸承部件II，4-導(dǎo)軌臺，5-導(dǎo)軌，6-絲杠螺母，7-滑臺，8-導(dǎo)軌滑塊，9-絲杠，101-限位開關(guān)I，102-限位開關(guān)II，11-聯(lián)軸器部件，12-伺服電機，13-護罩，14-彈射控制板，15-支撐桿，16-紅外檢測裝置，17-落球平臺，18-質(zhì)量球，19-落球錐口，20-彈射推塊，21-彈簧，22-彈射套筒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1，如圖1-5所示，一種運動合成物理實驗演示儀，包括底座、伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置和自動彈射裝置，伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置通過螺栓連接固定在底座上，用于驅(qū)動自動彈射裝置部分做水平勻速直線運動，自動彈射裝置通過支撐桿15和伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置連接固定，并通過伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置的運動使其裝置完成彈射和復(fù)位，使質(zhì)量球受到彈力豎直向上做拋投運動。

本發(fā)明包括底座、伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置（水平運動機構(gòu)）和自動彈射裝置（上拋運動機構(gòu)）三大部分，整體結(jié)構(gòu)合理、直觀，有利于觀察實驗過程。

進一步地，所述的底座包括支腳1和底板2，底板2水平固定在支腳1上。

進一步地，所述的伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置包括軸承部件I31、軸承部件II32、導(dǎo)軌臺4、導(dǎo)軌5、絲杠螺母6、滑臺7、導(dǎo)軌滑塊8、絲杠9、限位開關(guān)I101、限位開關(guān)II102、聯(lián)軸器部件11、伺服電機12、護罩13，導(dǎo)軌滑塊8與導(dǎo)軌5聯(lián)接，導(dǎo)軌滑塊8可在導(dǎo)軌5上滑動，導(dǎo)軌5連接固定在導(dǎo)軌臺4上，導(dǎo)軌5兩端分別安裝有軸承部件I31和軸承部件II32，絲杠螺母6與絲杠9聯(lián)接，絲杠螺母6可隨絲杠9轉(zhuǎn)動而直線移動，絲杠9安裝在軸承部件I31和軸承部件II32之間，聯(lián)軸器部件11安裝在軸承部件II32上，伺服電機12安裝在聯(lián)軸器部件11另一側(cè)，聯(lián)軸器部件11把伺服電機12和絲杠9聯(lián)接起來，軸承部件I31上安裝有限位開關(guān)I101，軸承部件II32上安裝有限位開關(guān)II102，滑臺7與絲杠螺母6、導(dǎo)軌滑塊8連接固定，通過伺服電機12驅(qū)動絲杠9轉(zhuǎn)動，使與絲杠螺母6和導(dǎo)軌滑塊8連接成一體的滑臺7及其部件在導(dǎo)軌5上做水平勻速直線運動，滑臺7在限位開關(guān)I101限定位置停下后使伺服電機12反轉(zhuǎn)做復(fù)位動作，滑臺7移動到限位開關(guān)II102限定位置停止，此時自動彈射裝置復(fù)位至彈射前的初始狀態(tài)，護罩13套在整個伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置外部，用以保護伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置。

所述的伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置采用伺服電機12驅(qū)動，使?jié)L珠絲杠導(dǎo)軌滑塊8傳遞水平運動，并安裝有限位開關(guān)；伺服電機12轉(zhuǎn)速可調(diào)，可以正反轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同速度的勻速正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；滾珠絲杠導(dǎo)軌5屬于精密傳動能更好地保證水平勻速運動的平穩(wěn)性，有效地減小實驗誤差；限位開關(guān)可以保證運動過程中伺服電機收到指令信號自動做出正確反應(yīng)。

進一步地，所述的自動彈射裝置包括彈射控制板14、支撐桿15、紅外檢測裝置16、落球平臺17、質(zhì)量球18、落球錐口19、彈射推塊20、彈簧21、彈射套筒22，落球平臺17通過支撐桿15和伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置的滑臺7連接固定，落球平臺17上裝有紅外檢測裝置16，落球錐口19和彈射套筒22連接后安裝在落球平臺17上，質(zhì)量球18、彈射推塊20和彈簧21安裝在彈射套筒22內(nèi)，彈射控制板14安裝在護罩13上，自動彈射裝置在水平運動過程中，彈射推塊20在設(shè)定位置觸動彈射控制板14的限位槽，釋放彈簧21使質(zhì)量球18受到彈力豎直向上做拋投運動，彈射控制板14的限位槽使演示儀在復(fù)位過程中壓縮彈簧21達到復(fù)位效果。

所述的自動彈射裝置采用的機械機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，便于維修維護；所設(shè)計的裝置能夠自動壓縮和釋放彈簧，完成彈射和復(fù)位動作；錐形接收口的設(shè)計，能有效減小空氣阻力造成的誤差；同時，裝置上安裝有紅外檢測裝置16，能夠?qū)崟r的檢測出小球拋出到落下的時間間隔，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上做運算，得出實驗結(jié)果在顯示器上顯示輸出，便于學(xué)生對運動計算結(jié)果做觀察對比。

更加完善的是，本發(fā)明配備有專用電氣電路，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵完成實驗儀的啟動和復(fù)位，操控簡單。

進一步地，所述的支腳1上設(shè)置有用于高度調(diào)節(jié)的螺紋機構(gòu)，通過調(diào)整四個支腳1螺紋機構(gòu)的高度，使底板2保持水平，最終使實驗演示儀保持水平，從而有效減小實驗誤差。

進一步地，所述的導(dǎo)軌5通過螺釘連接固定在導(dǎo)軌臺4上，結(jié)構(gòu)簡單，固定牢靠。

在實際的操作使用本發(fā)明的過程中，只需通過支腳1調(diào)整好該演示儀的水平狀態(tài)，接通電源，按下演示儀電路配備的啟動按鈕，即可使伺服電機12正轉(zhuǎn)驅(qū)動絲杠9轉(zhuǎn)動，從而帶動與絲杠螺母6和導(dǎo)軌滑塊8連接成一體的滑臺7之上的自動彈射裝置整體部件在導(dǎo)軌上做水平勻速直線運動，當(dāng)運動到設(shè)定位置，彈射推塊20觸動彈射控制板14的限位槽，釋放彈簧21使質(zhì)量球18受到彈力豎直向上做拋投運動，此時，紅外檢測裝置16實時記錄下質(zhì)量球18自落球錐口19上拋的開始時間和檢測出質(zhì)量球18上拋的速度，由于伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置使自動彈射裝置整體部件繼續(xù)往前做水平勻速直線運動，當(dāng)質(zhì)量球18落下時，落點正好在落球錐口19處，和拋點相同，這時，紅外檢測裝置16記錄下質(zhì)量球18整個上拋運動的時間間隔；質(zhì)量球18落下后，伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置繼續(xù)往前做水平勻速直線運動，到達限位開關(guān)I 101限定位置時觸發(fā)限位開關(guān)I 101使伺服電機12反轉(zhuǎn)，伺服滾珠絲杠導(dǎo)軌裝置往回做水平勻速直線運動的復(fù)位動作，此過程中彈射推塊20在設(shè)定位置觸動彈射控制板14復(fù)位槽壓縮彈簧21，完成復(fù)位，與此同時，演示儀在限位開關(guān)II 102的作用下停止，完成實驗，演示儀處于實驗前的初始狀態(tài)；在演示儀運行過程中，紅外檢測裝置16，能夠?qū)崟r的檢測出質(zhì)量球18拋出到落下的時間間隔和初始速度，并把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上做運算，得出實驗結(jié)果，在顯示器上顯示輸出，便于學(xué)生對運動計算結(jié)果做觀察對比，加深學(xué)生對這一物理現(xiàn)象的理解掌握。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。