产品概述：      
    能量穿梭机模型是一种演示势能与动能相互转换，兼有机械能转换成电能与光能的运动型实验装置。通过球体穿梭在富有流动雕塑美感轨道间的趣味旅程，既折射出多种力学的运动形态，又呈现出能量转换的多种物理现象，从而能唤起莘莘学子对物理科学的兴趣和爱好，激发学习者探究自然奥秘的动机和欲望。  
能量穿梭机模型先期由上海市嘉定区第二中学*，并荣获上海市中学物理学科自制教具评比一等奖。在此基础上,为配合上海市二期课程改革之需，与华东师范大学科教仪器厂合作，进一步研发和批量生产出了全自动穿梭形态的教学模型产品。  
    能量穿梭机将引导学生涉足物理天地，赋予学习者以智慧与毅力，去叩开物理王国之门。  
号：200610025807.6  
技术参数：  
1、外型尺寸     底板尺寸  700x380 mm2  
2、小球规格     镀铬钢球     φ20    数量3枚  
3、运行轨道     垂直圆周轨道 φ104±5    
              水平圆周轨道 φ120±5  
              模拟行星轨迹 φ120±2 (max) φ22±1 (min)     
              轨宽  14 mm  
4、多米诺骨牌   52 x 26 x 12 mm3      
              数量  4块（首块加配重）  
5、翻板尺寸       110 x 32 x 4 mm3  
6、直流电机       12V   200 mA    减速比 70 ：1  数量  2  
7、电机转盘直径   150～170 mm   
8、皮带轮直径     φ 48  
9、同步带长度     860 mm  
10、牵线电磁铁    12 V    450 mA    牵引力    2500 g  
11、工作电源      220 V  50 Hz  15 VA  
12、抗电强度      3750 V  50 Hz  一分钟无飞弧击穿现象  
使用说明：  
模型的各部件结构严谨，排列有序地划分为以下15个区段：  
1、重力势能：轨道处于模型的左上方，在其Z高处起始位的球穴中，置有钢体小球，该静止的球体具有Z大的重力势能，但当小球从Z高位沿斜轨下滑时，其势能逐渐减小而动能逐渐加大，直至垂直圆周运动区段。  
2、垂直圆周运动：小球进入圆轨道的起始位时，便以其转换来的Z大动能沿着圆型轨道逆时针向上迴转，即使到达圆轨的至高点，该小球仍能以足够大的能量和速度继续绕圆周回旋而完成环路运转。  
3、斜抛运动：待小球迴转后即进入倾斜的轨道而继续向右上方滚爬，直至轨道的末端时，即以斜抛方式飞离钢轨。  
4、模拟行星运动：离轨后的小球以抛物线的轨迹准确地穿越模拟行星运动的组件孔，进入半透明的喇叭口容器，再沿着抛物型壁面以椭圆形轨迹作回旋运转，根据能量守恒原理，随着运动半径的减小，小球徊转转速度越来越快，Z后穿过容器底部的小孔，坠落到水平圆周运动的轨道。  
5、水平圆周运动：小球进入水平圆周运动区，小球的高度随轨道下降而进一步获得圆周运动的动能，由于小球作圆周运动还会受到向心力和重力的双重作用，故该圆形轨道设计成略微内倾的形式，这样便能使小球顺利地又一次完成水平方向的环绕而进入直线运行轨道。  
6、碰撞：小球完成水平圆周盘旋后，紧接着又与轨道上静止安放的另两个小球相继发生碰撞，当运转小球通过能量传递，将能量转移到外侧的后一个球体时，便以接力的方式使该小球从静止开始再作惯性运动。  
7、平板转动：后一个小球滚移片刻后，再次撞击前方的翘翘板式（垂向）挡板，遂使挡板发生绕轴式转动。  
8、脉动波（多米诺骨牌）：挡板翻转瞬间推倒竖立在多米诺骨牌平台上的*张骨牌，然后随能量的逐级传递，又依次将所有骨牌推倒形成脉动波，或称“多米诺骨牌效应”。  
9、水平直线运动与机电转换:当小球撞击挡板后将继续进入水平直线运动区，Z后再撞击杠杆推杆的末端，由于杠杆作用使推杆从装在电机平台上的大转盘卡口中分离开来，转盘随之使重锤释放，重锤便通过由动滑轮和定滑轮组成的滑轮组件下坠，随之带动转盘顺时针运转使发电机由机械能转换成电能。  
10、电光转换：发电机的电能输出连接到灯盒内的发光两极管列阵之中，使其将电能转换成发光管的光能量。  
11、球体回收：小球运行到终点落入球体回收区被恒磁铁吸附并在其前端面上定位。至此钢球已完成了一次能量穿梭的全过程。（钢球的整个穿梭过程可参见第7节穿梭流程图）  
12、重锤提升与骨牌复位：接通电源，通过逻辑控制电路将电机平台上的原发电机模式转换成电动机模式。使电机传动系统将以在外加电能作用下，与发电机相反的逆时针转向开始运转，从而带动重锤向上提升回复到Z高位时由推杆卡住。与此同时，控制电路又同时接通多米诺骨牌平台内的牵引电磁铁，将倾伏的骨牌全部拉回到竖直的位置（复位）  
13、钢球提升：钢球提升机构由装在控制电路立柱内的电动机连同盒外的主动轮，以及由同步传动带驱动的从动轮组成，通过控制电路的延时作用，在一次行程结束后，稍延时片刻后，自动开启钢球提升机，当传送带上的抓斗一旦与已归位的钢球相遇时，抓斗即抓起钢球并被传送带提升直至带进抛球槽。  
14、抛球槽：钢球带入抛球槽后，即与抓斗分离而沿着球槽前进，到达出口处时将下落到起始位的球穴中，并开始下一次的循环。  
15、电源与逻辑控制：为钢球循环运转所需要的外加电源、控制电路与提升机用电动机，全部装置在仪器左上角的立柱盒内，以完成各种复位所需要的运行功能。  
实验指导：  
1、实验前的准备  
（1）校准水平位；调节底脚螺丝高度使底盘上的水准仪处在中心位。  
（2）取两钢球并置于预定的“碰撞”区内。  
（3）将电机转盘上的拉绳相继正确穿入由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组件中，末端系住在定滑轮的右方支架上，再将重锤钩入动滑轮的吊钩之中（参见附图二）。  
（4）逆时针摇动电机转盘使重锤逐渐上升至Z高位，直至推杆将转轮卡住为止。  
（5）如多米诺骨牌平台上的骨牌其轴针有脱离槽口的情况时，应先将轴针嵌入槽内，然后拉动骨牌平台末端的拉手柄将处在倾伏状态的骨牌复位。  
（6）如重锤下垂处于Z低位时，可按上述（4）的操作方式摇动电机转盘至Z高位。  
（7）将电源线插入电源立柱盒上的插座中，电源线另一端插入交流市电电源。  
2、实验过程演绎  
（1）手动（无源）启动：  取第三枚小球由抛球槽顶上的小孔投入，使其进入倾斜轨道自由滑落而下。当小球完成垂直圆周运动后，以斜抛方式飞出准确穿越小孔进入模拟行星运动的透明容器内。  
    小球完成模拟行星运动后，进入圆周运动轨道，速度应逐渐加快，在直线运动区与静止小球发生碰撞时，应使外侧小球再沿水平方向飞出推动翻板产生转动形成脉动波，在推倒多米诺骨牌后，接着小球又撞击推杆，使发电机运转将机械能转换成电能和光能，至此已完成了一次能量穿梭实验演示。  
（2）自动（有源）启动；  指小球置于回收区内由永磁铁吸附定位后再启动的一种方式。此时应检查重锤是否释放处在下垂的Z低位，（当重锤在高位时，提升机不会启动！）然后接通电源使小球自动提升至抛球槽后抛出，开始运转。  
3、实验后的操作  
    关断电源，取出三枚钢球，释放重锤，使其下降至Z低位（重锤也可脱钩后取出），拔去电源线，妥善收藏。