本发明涉及一种基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置。
背景技术：
：在高中物理实验中，我们发现很多实验都是研究物理运动轨迹的，比如平抛运动、圆周运动等。这些实验都有一个共同特点就是，先利用某种方法记录物体的运动轨迹，然后针对这些轨迹进行分析。而高中物理实验相对比较落后，操作不方便，现象也不直观，加上物体运动太快，那就更难理解实际运动运动情况。鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种能够更加直观地显示实验结果、更好地辅助实验的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置。为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,包括机架、能够吸收光能并储能发光的光影板、用于释放光能的第一光源以及用于引导第一光源移动并在光影板上留下活动轨迹的导向装置，导向装置对应光影板设置。作为本发明的一种优选方式，所述光影板的表面具有发光乳胶漆层，所述第一光源为紫外光光源。作为本发明的一种优选方式，所述光影板包括沿竖直方向设置的第一纵板，所述导向装置包括设置在所述机架上且沿竖直方向延伸的摆线，所述第一光源设置在摆线的下端，所述第一光源对应第一纵板设置。作为本发明的一种优选方式，所述第一纵板对应所述摆线的一面设有用于安装磁棒的卡槽，磁棒插置于卡槽中并延伸至所述摆线处，多个卡槽沿竖直方向排布，所述第一纵板背对卡槽的一面设置有磁铁。作为本发明的一种优选方式，所述光影板还包括沿水平方向设置的柔性光影板，柔性光影板设置在所述第一光源的下方，所述机架具有底座，底座上设有第一转轴和第二转轴，第一转轴和第二转轴均沿水平方向设置，所述柔性光影板呈环状并套设在第一转轴和第二转轴上，在所述机架上设有用于驱动柔性光影板在第一转轴和第二转轴上转动的第一电机，第一电机的输出轴与第一转轴传动连接。作为本发明的一种优选方式，所述底座的四个角点上均设有调平螺丝。作为本发明的一种优选方式，所述导向装置还包括设置在所述第一纵板的上端的导向槽，导向槽具有处于上端的斜面段和沿水平方向设置的水平段，还包括可从导向槽滑动至所述第一纵板的第二光源。作为本发明的一种优选方式，所述第一纵板上设有用于接纳所述第二光源的收纳槽。作为本发明的另一种优选方式，所述机架上设有沿竖直方向的支撑板，所述光影板包括呈齿轮状的第一光影板，所述第一光影板可转动地安装在支撑板上，在支撑板上设有用于驱动第一光影板转动的第二电机，所述导向装置包括沿竖直方向设置的第一导向板，所述第一光源设置在第一导向板上。作为本发明的另一种优选方式，所述光影板还包括呈齿轮状的第二光影板，第二光影板与第一光影板啮合，所述导向装置还包括沿竖直方向设置的第二导向板和第三导向板，还包括第三光源和第四光源，第三光源设置在第二导向板上且对应第一光影板设置，第四光源设置在第三导向板上且对应第二光影板设置，在所述机架上设有底座，底座上设有沿水平方向延伸的滑轨，滑轨上设有滑槽，所述第一导向板、第二导向板、第三导向板均可滑动地设置在滑槽中。采用本发明的技术方案后，利用能够吸收光能并储能发光的光影板，第一光源在运动时，光线在第一光影板上留下痕迹，并直观地显示出来，能够更加形象地观察第一光源的活动轨迹，提升实验效果，进一步地，本发明设计一套可以展现单摆实验的活动轨迹的装置，该装置能够展现摆球(第一光源)在自由摆动下的活动轨迹，能够展现摆球在磁棒阻挡下的活动轨迹，另外配合柔性光影板的运动，还能够记录摆球摆动时在转动的柔性光影板上形成的活动轨迹，从而展现摆球在各种情况下的运动轨迹，辅助学生更好地学习物理运动。进一步地，本发明还提出了一种用于展现圆周运动的装置，能够辅助比对圆周运动中角速度和线速度，形象直观，能够更好地辅助学生学习圆周运动。附图说明图1为本发明第一种实施方式的结构示意图(即一种摆动运动演示装置)。图2为本发明第一种实施方式另一角度的结构示意图。图3为本发明第二种实施方式的结构示意图。图4为本发明第二种实施方式另一角度的结构示意图。图5本发明的实验演示效果图。图中：机架10底座11调平螺丝12摆线13支撑板14滑轨15滑槽16第一纵板20卡槽21磁铁22收纳槽23导向槽24斜面段241水平段242第一光源31第二光源32第三光源33第四光源34柔性光影板40第一转轴41第二转轴42第一电机43第一导向板51第二导向板52第三导向板53第一光影板61第二光影板62第二电机70光点80具体实施方式为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。参照图1至图5，基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,包括机架10、能够吸收光能并储能发光的光影板、用于释放光能的第一光源31以及用于引导第一光源31移动并在光影板上留下活动轨迹的导向装置，导向装置对应光影板设置。作为本发明的一种优选方式，所述光影板的表面具有发光乳胶漆层，所述第一光源31为紫外光光源。能够吸收光能并储能发光的材料，常见的是荧光粉，俗称夜光粉，通常分为光致储能夜光粉和带有放射性的夜光粉两类。光致储能夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，再缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能看到发光，持续时间长达几小时至十几小时。利用遮光特性，我们把物体的运动轨迹留下来，方便用于研究物体运动性质。但大家都知道带有放射性的夜光粉，是在荧光粉中掺入放射性物质，利用放射性物质不断发出的射线激发荧光粉发光，这类夜光粉发光时间很长，但因为有毒有害和环境污染等，所以应用范围小。为此，我们发现发光乳胶涂料也具有这样的特性，而且最大的特点是这种材质无毒，无味。本发明中，发光乳胶漆选用美国rust-oleum荧光剂。我们选用白色亚克力板，上面涂覆两层发光乳胶漆，利用1w的紫外灯，光源的照射时间和发光乳胶漆发光时间关系入下表(测试环境：室内日光灯下、室温27度)：照射时间(大约)单位s发光时间单位s0.491.150.872.4612.7323.4535.7846.9858.01通过亚克力板涂覆发光乳胶漆形成光影板，能够满足实验的要求。在第一光源31的选择上，我们选用能够随时控制发光的频闪紫外光源，闪频光源可以通过上位机进行控制。作为本发明的一种优选方式，所述光影板包括沿竖直方向设置的第一纵板20，所述导向装置包括设置在所述机架10上且沿竖直方向延伸的摆线13，所述第一光源31设置在摆线13的下端，所述第一光源31对应第一纵板20设置，在第一光源31移动至一定的位置释放，摆线13能够在第一光源31的重力下自由摆动。作为本发明的一种优选方式，所述第一纵板20对应所述摆线13的一面设有用于安装磁棒的卡槽21，磁棒插置于卡槽21中并延伸至所述摆线13处，多个卡槽21沿竖直方向排布，所述第一纵板20背对卡槽21的一面设置有磁铁22。本发明中，采用一根磁棒(图中未示出)，磁棒沿水平方向延伸并延伸至摆线13的运动路径中，磁棒可以根据实验的需求，放置在不同高度的卡槽21，在做摆动实验时，摆线13在摆动过程中被磁棒被阻挡，用来进行变半径运动物体研究(变半径球绳模型)。作为本发明的一种优选方式，所述光影板还包括沿水平方向设置的柔性光影板，柔性光影板设置在所述第一光源31的下方，所述机架10具有底座11，底座11上设有第一转轴41和第二转轴42，第一转轴41和第二转轴42上可以再设置张紧轮，在第一转轴41和第二转轴42转动时可以带动柔性光影板40转动，第一转轴41和第二转轴42均沿水平方向设置。所述柔性光影板呈环状并套设在第一转轴41和第二转轴42上，在所述机架10上设有用于驱动柔性光影板40在第一转轴41和第二转轴42上转动的第一电机43，第一电机43的输出轴与第一转轴41传动连接。本发明在柔性光影板40转动时，摆线13沿着与柔性光影板40垂直的方向摆动，可以形成类似m的轨迹线。当摆线13沿着与柔性光影板40平行的方向运动，则能够在第一纵板20形成轨迹线。作为本发明的一种优选方式，所述底座11的四个角点上均设有调平螺丝12，用于调整柔性光影板40的水平度。作为本发明的一种优选方式，所述导向装置还包括设置在所述第一纵板20的上端的导向槽24，导向槽24具有处于上端的斜面段241和沿水平方向设置的水平段242，还包括可从导向槽24滑动至所述第一纵板20的第二光源32，其中斜面段241相对于水平面呈45°设置。该装置可以进行平抛运动的研究，将第二光源32放置在斜面段241上，第二光源32从斜面段241自由滚动至水平段242上并落到第一纵板20对应的区域中，第二光源32的光线照射在第一纵板20上，并在第一纵板20上留下轨迹。作为本发明的一种优选方式，所述第一纵板20上设有用于接纳所述第二光源32的收纳槽23，第二光源32运动后掉落至收纳槽23中。作为本发明的另一种优选方式，所述机架10上设有沿竖直方向的支撑板14，所述光影板包括呈齿轮状的第一光影板61，所述第一光影板61可转动地安装在支撑板14上，在支撑板14上设有用于驱动第一光影板61转动的第二电机70，所述导向装置包括沿竖直方向设置的第一导向板51，所述第一光源31设置在第一导向板51上，第一光源31以能够在第一导向板51上调整定位的方式安装在第一导向板51，例如在第一导向板51上沿竖直方向设置多个螺孔，将第一光源31安装在不同螺孔，则实现第一光源31的调整。作为本发明的另一种优选方式，所述光影板还包括呈齿轮状的第二光影板62，第二光影板62与第一光影板61啮合，第一光影板61和第二光影板62均沿竖直方向设置，其轴线均沿水平方向设置，第一光影板61的直径大于第二光影板62的直径。所述导向装置还包括沿竖直方向设置的第二导向板52和第三导向板53，还包括第三光源33和第四光源34，第三光源33设置在第二导向板52上且对应第一光影板61设置，第四光源34设置在第三导向板53上且对应第二光影板62设置，其中第一光源31与第一光影板61的中心距离，第三光源33与第一光影板61之间的中心距离，这两个中心距离不同。第三光源33与第二导向板52的连接方式，第四光源34与第三导向板53的连接方式，均可以采用第一光源31与第一导向板51的连接方式，从而实现第三光源33和第四光源34的位置调整。在所述机架10上设有底座11，底座11上设有沿水平方向延伸的滑轨15，滑轨15上设有滑槽16，所述第一导向板51、第二导向板52、第三导向板53均可滑动地设置在滑槽16中，在实验时，将第一导向板51、第二导向板52、第三导向板移动至预定的位置，从而可以使得第二光源32、第三光源33、第四光源34照射在第一光影板61和第二光影板62对应的位置，用于辅助研究分析圆周运动。本发明的装置可以配合公知的软件对平抛运动，圆周运动、球绳模型进行详细分析。本发明对软件要求比较低，只要单片机能根据上位机的需要每隔一定时间开关紫外光源(紫外光源中设有定时器，可以定时闪烁)就可以，他的工作原理是接受上位机的指令数据，并根据指令数据设定的频率或根据外触发频率来控制闪光灯的闪烁频率，它作为一个完整的系统，可以根据实验需要通过人机显示界面调节，为了研究物体留下来的光影数据，可以利用xuggle视觉引擎算法和spmea物理运动建模引擎算法对各光影板留下的物体运动轨迹进行跟踪和位置测算，从而得到物体运动随时间的变化规律和运动特性。以其中的一组圆周运动实验，图5为实验效果图，图中80表示光点，a、b、c分别表示第三光源33、第一光源31、第四光源34发出的光点，其相关数据如下表；本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。当前第1页1 2 3
技术特征：1.基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：包括机架、能够吸收光能并储能发光的光影板、用于释放光能的第一光源以及用于引导第一光源移动并在光影板上留下活动轨迹的导向装置，导向装置对应光影板设置。
2.如权利要求1所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述光影板的表面具有发光乳胶漆层，所述第一光源为紫外光光源。
3.如权利要求1所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述光影板包括沿竖直方向设置的第一纵板，所述导向装置包括设置在所述机架上且沿竖直方向延伸的摆线，所述第一光源设置在摆线的下端，所述第一光源对应第一纵板设置。
4.如权利要求3所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述第一纵板对应所述摆线的一面设有用于安装磁棒的卡槽，磁棒插置于卡槽中并延伸至所述摆线处，多个卡槽沿竖直方向排布，所述第一纵板背对卡槽的一面设置有磁铁。
5.如权利要求4所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述光影板还包括沿水平方向设置的柔性光影板，柔性光影板设置在所述第一光源的下方，所述机架具有底座，底座上设有第一转轴和第二转轴，第一转轴和第二转轴均沿水平方向设置，所述柔性光影板呈环状并套设在第一转轴和第二转轴上，在所述机架上设有用于驱动柔性光影板在第一转轴和第二转轴上转动的第一电机，第一电机的输出轴与第一转轴传动连接。
6.如权利要求5所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述底座的四个角点上均设有调平螺丝。
7.如权利要求6所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述导向装置还包括设置在所述第一纵板的上端的导向槽，导向槽具有处于上端的斜面段和沿水平方向设置的水平段，还包括可从导向槽滑动至所述第一纵板的第二光源。
8.如权利要求7所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述第一纵板上设有用于接纳所述第二光源的收纳槽。
9.如权利要求1所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述机架上设有沿竖直方向的支撑板，所述光影板包括呈齿轮状的第一光影板，所述第一光影板可转动地安装在支撑板上，在支撑板上设有用于驱动第一光影板转动的第二电机，所述导向装置包括沿竖直方向设置的第一导向板，所述第一光源设置在第一导向板上。
10.如权利要求9所述的基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,其特征在于：所述光影板还包括呈齿轮状的第二光影板，第二光影板与第一光影板啮合，所述导向装置还包括沿竖直方向设置的第二导向板和第三导向板，还包括第三光源和第四光源，第三光源设置在第二导向板上且对应第一光影板设置，第四光源设置在第三导向板上且对应第二光影板设置，在所述机架上设有底座，底座上设有沿水平方向延伸的滑轨，滑轨上设有滑槽，所述第一导向板、第二导向板、第三导向板均可滑动地设置在滑槽中。
技术总结本发明涉及一种基于光致储能材料产生光影特性的物理运动实验装置,包括机架、能够吸收光能并储能发光的光影板、用于释放光能的第一光源以及用于引导第一光源移动并在光影板上留下活动轨迹的导向装置，导向装置对应光影板设置。采用本发明的技术方案后，利用光影板能够吸收光能并储能发光的光影板，第一光源在运动时，光线在第一光影板上留下痕迹，并直观地显示出来，能够更加形象地观察第一光源的活动轨迹，提升实验效果。
技术研发人员：张羽田;梁良飞;杨利;陈思鑫
受保护的技术使用者：张羽田;梁良飞;杨利;陈思鑫
技术研发日：2020.03.17
技术公布日：2020.06.05
