一種動量守恒定律演示教具的制作方法

本實用新型涉及教具領域，具體的說是一種動量守恒定律演示教具。

背景技術：

動量守恒定律具有很重要的學習意義，但現有的教學過程中大多通過做題和講解來教學，十分枯燥和抽象，不容易被學生理解，實物試驗不僅可以增強學生的理解還有助于激發學習興趣。但是，實際上由于小球速度較快很難精確的測量因此難以進行試驗和分析。現有的教具，又具有使用功能有限、測量誤差大、價格高昂等缺點，難以被推廣使用。

技術實現要素：

針對現有技術中的問題，本實用新型提供了一種動量守恒定律演示教具，師生可以通過它使用相同質量或不同質量的小球進行碰撞觀測，得到兩金屬球的速度變化，驗證動量守恒定律。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種動量守恒定律演示教具，包括軌道、左校零擋板、右校零擋板、定長校準擋板、左校零按鈕、定長校準按鈕、右校零按鈕、左球金屬速度顯示屏、右金屬球速度顯示屏和單片機控制電路；

所述的軌道包括軌道體、底座和導體軌道；所述的軌道體呈柱狀結構水平放置，橫截面呈“U”形；所述的底座呈棱臺狀，底座設置在軌道體的下方，與軌道體相固定連接；所述的導體軌道有兩個；導體軌道表面光滑；導體軌道呈柱狀；導體軌道的橫截面呈半圓形；兩個導體軌道分別固定在軌道體的兩側上方；

所述的左校零擋板呈長方體結構，豎直地固定設置在軌道體的左側末端；

所述的右校零擋板呈長方體結構，豎直地固定設置在軌道體的右側末端；

所述的定長校準擋板包括擋板架和擋板；所述的擋板架豎直地固定的設置在軌道體的中部；所述的擋板呈長方體結構，面積最大的面與軌道體相垂直地與擋板架相鉸接；

所述的左校零按鈕、左球金屬速度顯示屏、定長校準按鈕、右金屬球速度顯示屏、右校零按鈕設置在底座的前表面；所述的單片機控制電路設置在底座內；

單片機控制電路包括單片機、一號電阻、二號電阻和電源；所述的單片機具有至少兩通道模數轉換功能；所述的兩個導體軌道，其中一個導體軌道的右端通過導線與電源負極相連接，另一個導體軌道的右端通過導線與單片機的一號模擬信號輸入口相連接；所述的一號電阻，一端通過導線與電源正極相連接，另一端通過導線與單片機的一號模擬信號輸入口相連接；所述的兩個導體軌道，其中一個導體軌道的左端通過導線與電源負極相連接，另一個導體軌道的左端通過導線與單片機的二號模擬信號輸入口相連接；所述的二號電阻，一端通過導線與電源正極相連接，另一端通過導線與單片機的二號模擬信號輸入口相連接；

所述的左校零按鈕、定長校零按鈕和右校零按鈕，一端分別通過導線與電源負極相連接，另一端分別通過導線與單片機IO口相連接；所述的左金屬球速度顯示屏、右金屬球速度顯示屏通過導線與單片機的IO口相連接。

優選地，所述的左校零按鈕、左金屬球速度顯示屏、定長校準按鈕、右金屬球速度顯示屏、右校零按鈕從左至右依次設置在底座的前面；

優選地，所述的軌道體由硬質塑料材質構成；所述的導體軌道由金屬材質構成。

優選地，所述的單片機為stm8單片機。

優選地，所述的左金屬球速度顯示屏、右金屬球速度顯示屏為液晶顯示屏。

優選地，所述的左金屬球速度顯示屏、右金屬球速度顯示屏為數碼管顯示屏。

本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型的一種動量守恒定律演示教具，師生可以通過它使用相同質量或不同質量的小球進行碰撞觀測，得到兩金屬球的速度變化，驗證動量守恒定律。

(2)本實用新型的一種動量守恒定律演示教具，在使用時的工作過程：

①用戶將右側的金屬球緊貼右校零擋板地放在右校零擋板左側，然后按下右校零按鈕；

②單片機采集此時一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌右端間的電阻值R1，并記錄下來；

③用戶將右側的金屬球緊貼定長校準擋板地放在定長校準擋板左側，然后按下定長校準按鈕；

④單片機采集此時一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌右端間的電阻值R2，結合步驟②得到的電阻值R1及右校零擋板與定長校準擋板間的固定距離s算出單位長度導體導軌的電阻(R2-R1)/s；

⑤用戶將左側的金屬球緊貼左校零擋板地放在左校零擋板右側，然后按下左校零按鈕；

⑥單片機采集此時的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌左端間的電阻值R2，并記錄下來；

⑦用戶使用兩個小球在軌道上做碰撞等試驗；

⑧單片機每隔一定時間t就采集一次一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化為兩個導體導軌右端間的電阻值，將相鄰兩次采集到的電阻R_右1、R_右2相減，結果除以單位長度導體導軌的電阻(R2-R1)/s得到一定時間t內的位移，將結果除以t,即可得到此時右金屬球的速度v1，經過濾波等算法處理后得到速度v2(濾波的目的之一在于降低速度刷新頻率，防止因視覺暫留現象導致使用者無法看清顯示屏)，單片機將此速度v2實時顯示在右金屬球速度顯示屏上；

⑨同理，實時得到并顯示左金屬球的速度。

使用過程方便、精確、靈活，方式多樣，功能齊全。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的局部結構示意圖；

圖中：軌道(1)、左校零擋板(2)、右校零擋板(3)、定長校準擋板(4)、左校零按鈕(5)、定長校準按鈕(6)、右校零按鈕(7)、左球金屬速度顯示屏(8)、右金屬球速度顯示屏(9)、軌道體(11)、底座(12)、導體軌道(13)、擋板架(41)、擋板(42)。

具體實施方式

為了使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。

實施例1

如圖1、圖2，本實施例的一種動量守恒定律演示教具，包括軌道1、左校零擋板2、右校零擋板3、定長校準擋板4、左校零按鈕5、定長校準按鈕6、右校零按鈕7、左球金屬速度顯示屏8、右金屬球速度顯示屏9和單片機控制電路；

所述的軌道1包括軌道體11、底座12和導體軌道13；所述的軌道體11呈柱狀結構水平放置，橫截面呈“U”形；所述的底座12呈棱臺狀，底座12設置在軌道體11的下方，與軌道體11相固定連接；所述的導體軌道13有兩個；導體軌道表面光滑；導體軌道13呈柱狀；導體軌道13的橫截面呈半圓形；兩個導體軌道13分別固定在軌道體11的兩側上方；

所述的左校零擋板2呈長方體結構，豎直地固定設置在軌道體11的左側末端；

所述的右校零擋板3呈長方體結構，豎直地固定設置在軌道體11的右側末端；

所述的定長校準擋板4包括擋板架41和擋板42；所述的擋板架41豎直地固定的設置在軌道體11的中部；所述的擋板42呈長方體結構，面積最大的面與軌道體11相垂直地與擋板架41相鉸接；

所述的左校零按鈕5、左金屬球速度顯示屏8、定長校準按鈕6、右金屬球速度顯示屏9、右校零按鈕7設置在底座12的前表面；所述的單片機控制電路設置在底座12內；

單片機控制電路包括單片機、一號電阻、二號電阻和電源；所述的單片機具有至少兩通道模數轉換功能；所述的兩個導體軌道13，其中一個導體軌道13的右端通過導線與電源負極相連接，另一個導體軌道13的右端通過導線與單片機的一號模擬信號輸入口相連接；所述的一號電阻，一端通過導線與電源正極相連接，另一端通過導線與單片機的一號模擬信號輸入口相連接；所述的兩個導體軌道13，其中一個導體軌道13的左端通過導線與電源負極相連接，另一個導體軌道13的左端通過導線與單片機的二號模擬信號輸入口相連接；所述的二號電阻，一端通過導線與電源正極相連接，另一端通過導線與單片機的二號模擬信號輸入口相連接；

所述的左校零按鈕5、定長校零按鈕6和右校零按鈕7，一端分別通過導線與電源負極相連接，另一端分別通過導線與單片機IO口相連接；所述的左金屬球速度顯示屏8、右金屬球速度顯示屏9通過導線與單片機的IO口相連接。

所述的左校零按鈕5、左金屬球速度顯示屏8、定長校準按鈕6、右金屬球速度顯示屏9、右校零按鈕7從左至右依次設置在底座12的前面；

所述的軌道體11由硬質塑料材質構成；所述的導體軌道13由金屬材質構成。

所述的單片機為stm8單片機。

所述的左金屬球速度顯示屏8、右金屬球速度顯示屏9為數碼管顯示屏。

在使用時的工作過程：

①用戶將右側的金屬球緊貼右校零擋板地放在右校零擋板3左側，然后按下右校零按鈕7；

②單片機采集此時一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌13右端間的電阻值R1，并記錄下來；

③用戶將右側的金屬球緊貼定長校準擋板4地放在定長校準擋板4左側，然后按下定長校準按鈕6；

④單片機采集此時一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌13右端間的電阻值R2，結合步驟②得到的電阻值R1及右校零擋板3與定長校準擋板4間的固定距離s算出單位長度導體導軌13的電阻(R2-R1)/s；

⑤用戶將左側的金屬球緊貼左校零擋板2地放在左校零擋板2右側，然后按下左校零按鈕5；

⑥單片機采集此時的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌13左端間的電阻值R2，并記錄下來；

⑦用戶使用兩個小球在軌道上做碰撞等試驗；

⑧單片機每隔一定時間t就采集一次一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化為兩個導體導軌13右端間的電阻值，將相鄰兩次采集到的電阻R_右1、R_右2相減，結果除以單位長度導體導軌的電阻(R2-R1)/s得到一定時間t內的位移，將結果除以t,即可得到此時右金屬球的速度v1，經過濾波等算法處理后得到速度v2(濾波的目的之一在于降低速度刷新頻率，防止因視覺暫留現象導致使用者無法看清顯示屏)，單片機將此速度v2實時顯示在右金屬球速度顯示屏上；

⑨同理，實時得到并顯示左金屬球的速度。

實施例2

如圖1、圖2，本實施例的一種動量守恒定律演示教具，包括軌道1、左校零擋板2、右校零擋板3、定長校準擋板4、左校零按鈕5、定長校準按鈕6、右校零按鈕7、左球金屬速度顯示屏8、右金屬球速度顯示屏9和單片機控制電路；

所述的軌道1包括軌道體11、底座12和導體軌道13；所述的軌道體11呈柱狀結構水平放置，橫截面呈“U”形；所述的底座12呈棱臺狀，底座12設置在軌道體11的下方，與軌道體11相固定連接；所述的導體軌道13有兩個；導體軌道表面光滑；導體軌道13呈柱狀；導體軌道13的橫截面呈半圓形；兩個導體軌道13分別固定在軌道體11的兩側上方；

所述的左校零擋板2呈長方體結構，豎直地固定設置在軌道體11的左側末端；

所述的右校零擋板3呈長方體結構，豎直地固定設置在軌道體11的右側末端；

所述的定長校準擋板4包括擋板架41和擋板42；所述的擋板架41豎直地固定的設置在軌道體11的中部；所述的擋板42呈長方體結構，面積最大的面與軌道體11相垂直地與擋板架41相鉸接；

所述的左校零按鈕5、左金屬球速度顯示屏8、定長校準按鈕6、右金屬球速度顯示屏9、右校零按鈕7設置在底座12的前表面；所述的單片機控制電路設置在底座12內；

單片機控制電路包括單片機、一號電阻、二號電阻和電源；所述的單片機具有至少兩通道模數轉換功能；所述的兩個導體軌道13，其中一個導體軌道13的右端通過導線與電源負極相連接，另一個導體軌道13的右端通過導線與單片機的一號模擬信號輸入口相連接；所述的一號電阻，一端通過導線與電源正極相連接，另一端通過導線與單片機的一號模擬信號輸入口相連接；所述的兩個導體軌道13，其中一個導體軌道13的左端通過導線與電源負極相連接，另一個導體軌道13的左端通過導線與單片機的二號模擬信號輸入口相連接；所述的二號電阻，一端通過導線與電源正極相連接，另一端通過導線與單片機的二號模擬信號輸入口相連接；

所述的左校零按鈕5、定長校零按鈕6和右校零按鈕7，一端分別通過導線與電源負極相連接，另一端分別通過導線與單片機IO口相連接；所述的左金屬球速度顯示屏8、右金屬球速度顯示屏9通過導線與單片機的IO口相連接。

所述的左校零按鈕5、左金屬球速度顯示屏8、定長校準按鈕6、右金屬球速度顯示屏9、右校零按鈕7從左至右依次設置在底座12的前面；

所述的軌道體11由硬質塑料材質構成；所述的導體軌道13由金屬材質構成。

所述的單片機為stm8單片機。

所述的左金屬球速度顯示屏8、右金屬球速度顯示屏9為液晶顯示屏。

在使用時的工作過程：

①用戶將右側的金屬球緊貼右校零擋板地放在右校零擋板3左側，然后按下右校零按鈕7；

②單片機采集此時一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌13右端間的電阻值R1，并記錄下來；

③用戶將右側的金屬球緊貼定長校準擋板4地放在定長校準擋板4左側，然后按下定長校準按鈕6；

④單片機采集此時一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌13右端間的電阻值R2，結合步驟②得到的電阻值R1及右校零擋板3與定長校準擋板4間的固定距離s算出單位長度導體導軌13的電阻(R2-R1)/s；

⑤用戶將左側的金屬球緊貼左校零擋板2地放在左校零擋板2右側，然后按下左校零按鈕5；

⑥單片機采集此時的電壓值，將其轉化成兩個導體導軌13左端間的電阻值R2，并記錄下來；

⑦用戶使用兩個小球在軌道上做碰撞等試驗；

⑧單片機每隔一定時間t就采集一次一號模擬信號輸入口的電壓值，將其轉化為兩個導體導軌13右端間的電阻值，將相鄰兩次采集到的電阻R_右1、R_右2相減，結果除以單位長度導體導軌的電阻(R2-R1)/s得到一定時間t內的位移，將結果除以t,即可得到此時右金屬球的速度v1，經過濾波等算法處理后得到速度v2(濾波的目的之一在于降低速度刷新頻率，防止因視覺暫留現象導致使用者無法看清顯示屏)，單片機將此速度v2實時顯示在右金屬球速度顯示屏上；

⑨同理，實時得到并顯示左金屬球的速度。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施方式和說明書中的描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入本實用新型要求保護的范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。