專利名稱:多用力學實驗儀的制作方法
本實用新型屬于一種物理力學教學儀器。
目前，在中學物理教學中，講述動能定理、功能原理、動量定理三項重點內容時，既無演示實驗儀，也無分組實驗儀，完全用抽象理論講述進行教學；講述牛頓第二定律，機械能守恒定律及測滑動摩擦系數(shù)時，分別采用圖1、圖2、圖3所示儀器進行實驗，用圖1所示儀器進行牛頓第二定律實驗時，是通過兩分組實驗演示的，一是當外力一定時，加速度與質量成反比，另一組是當質量一定時，加速度與外力成正比，學生難以綜合得出合外力矢量和等于質量與沿合力方向加速度的乘積的整體概念，此外圖1所示儀器，實驗時，只有一個外力作用在物體上，不便于學生掌握合外力的概念，且圖1、圖2所示儀器都利用打點計時器計時，利用均加速運動的物體在某段時間內的平均速度等于這段時間中間時刻的即時速度的原理。求各點速度，不利于學生對即時速度的直觀理解。以上實驗原理，科學性不夠強，采用的實驗技術重復、陳舊，不利于培養(yǎng)學生創(chuàng)造性及對新的科學技術的吸收。每項實驗各用一套儀器，不便于貯存、搬運。
本實用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術以上所述之不足，而提高一種直觀、準確、便于學生理解力學中矢量、合力及運動學中即時速度等重點概念，掌握系統(tǒng)的力學規(guī)律與研究方法，可在一儀器上綜合作出上述六個力學實驗的多用力學實驗儀。
本實用新型的解決方案是通過以下途徑來實現(xiàn)的將一端裝有滑輪面上放置小車，跨過滑輪的細繩與小車一端拉環(huán)連接，另一端懸吊一砝碼盤的實驗板連在一可使實驗板與水平面成一45°以下的可疊式底座之底板一端；實驗板一側安裝光桿支座，光桿通過螺釘緊固在其上，光電計時器的光電門可在光桿上任意位置固定，且在安裝光電門同側貼有刻度尺；小車上下兩面分別裝有四個靈活滾輪及四片滑動定向片，靠光電門的一側安裝一片或兩片“┐”形遮光片或在兩片“┐”形遮光片上安裝一長遮光片，兩端各裝一拉環(huán)，這樣小車在實驗板上運動時，將受到重力、摩擦力、繩拉力多個外力作用，即時速度可通過光電計時器計時，在遮光片寬很窄的情況下，準確得到；且通過調整可疊式支座及裝拆小車遮光片、分別用小車有滾輪及有滑動定向片兩面即能綜合作出上述六個力學實驗。
實驗板上沿長度方向設計兩條與小車滾輪或滑動定向片寬度間距等寬的直槽，有利于小車作直線運動。準確地使遮光片通過光電計時器。
可疊式底座包括一個一端與實驗板鉸連，另一端與支撐板鉸連的底板及一個一端與底板鉸連，通過鉸連中心向上轉動90°擱在實驗板下?lián)鯄K內可將實驗板支成與水平面成一定夾角的支撐板。
可疊式底座底板上與實驗板連接端設計成一方凸臺，厚度與支撐板厚相等，且在底板上設計有四個保證底板水平的支撐調整螺釘，支撐板長度比底板略短，上開有與底板上前兩調整螺釘對應的沉頭圓孔，后兩調整螺釘頭剛好落在支撐板比底板所短空間內，這樣有利于儀器攜帶，貯存，并有利于實驗板水平放置。
本實用新型將結合附圖中的實施例作進一步的詳細描述。
如圖3、圖4所示，可疊式底座由一端具有凸方臺，板上具有調整螺釘?shù)牡装?11)及與底板(11)鉸連的帶調整螺釘沉頭孔且能使實驗板在其上固定時，與底平面成30°夾角的支撐板(12)組成。支撐板(12)折疊時，剛好與底板(11)方凸臺平面成一平面，便于平穩(wěn)地擱置實驗板(13)。實驗板(13)一端具有一防止小車繼續(xù)下滑方凸臺，且這端與底板(11)鉸連，另一端裝有滑輪(18)，底面上具有一使支撐板(12)固定的擋塊，實驗板(13)上面沿長度方向開有兩條小車直線運動導向直槽，一側面安裝有兩光桿支架座，支架座上安裝有光桿(7)，光電計時器的光電門(16)可在其上任一位置調整。同側面貼有位移刻度尺。細繩跨過滑輪(18)一端懸掛砝碼盤(19)，另一端通過掛鉤鉤在小車(14)拉環(huán)上。為了使小車(14)兩面使用分別根據(jù)需要作上述六個實驗，小車(14)上面設計有四片滑動定向片；下面設計有四個滾輪可在實驗板(13)直槽中靈活滾動或滑動；且兩端都具有掛鉤；側面具有可通過光電門(16)的二個“┐”形遮光片(15)及兩“┐”形遮光片上具有一長遮光片，它們分別根據(jù)上述實驗需要裝拆。
當測定滑動摩擦系數(shù)或滑動摩擦力時，將實驗板(13)架在支撐板(12)上，使θ＝30°，將小車(14)安有定向片的一面朝下放置在實驗板(13)的直槽內，拆掉長遮光片及一個“┐”形遮光片，在砝碼盤(19)內輕輕放置砝碼，使之與小車(14)對繩的拉力平衡，輕輕啟動小車(14)，目測其作勻速運動，再將光電計時器(16)固定在光桿上任意位置，測量遮光時間，判斷小車作勻速運動，這時測得小車質量M；斜面傾角θ＝30°，砝碼及砝碼盤重量為m1，則可得滑動摩擦系數(shù)u＝ (2m1-n)/(2Mcosθ) ，滑動摩擦力f＝F拉－MgSinθ＝m1g－ 1/2 Mg。
進行動能定理實驗，驗證W外＝△EK時，保持上述實驗儀器調整，在砝碼盤(18)中再加砝碼m2，小車(14)在拉力F＝(m1＋m2)(g－a)及摩擦力f及重力Mg作用下作勻加速運動，移動光電計時器，測得相距為S兩處的小車(14)上固定的一塊“┐”形遮光片通過時的遮光時間△t，并測出“┐”形遮光片(15)寬度L，則由即時速度V即＝lim (L)/(△t→O△t) 得出，相距S兩處的即時速度V1＝ (L)/(△t1) ，V2＝ (L)/(△t2) ，外力所作的功W外＝(F－f－MgSinθ)，S＝m2gS－ 1/2 (m1＋m2)·(V22－V21)，再直接計算小車的動能增量△Eu為 1/2 M。(V22－V21)，若W外＝△EK便驗證了動能定律。
驗證機械能守恒定理△E＝0時，實驗儀器仍按上述方法擱置，將小車(14)有滾輪一面朝下，取下砝碼盤，保證一塊“┐”形遮光片(15)能準確通過光電計時器(16)，讓小車(14)由靜止沿斜槽滾下通過光電計時器，測得遮光時間△t及遮光片(15)寬度和小車(14)靜止處至光電計時器的垂直高度，計算Mgh及 1/2 MV2，便可驗證△E＝0。
驗證動量定理時，實驗板(13)仍按前面所述放置，將小車(14)有定向片一面朝下，使定向片落在直槽內，將兩“┐”形遮光片(15)安在小車(14)側面前后位置，再將長遮光片安在“┐”形遮光片上，使小車(14)在繩拉力作用下作勻加速運動，測出長遮光片即小車(14)通過光電計時器的時間t，計算出小車(14)受到的沖量(F拉－f－MgSinθ)t，再將長遮光片取下放在小車(14)上，將小車(14)后面“┐”形遮光片向后轉90°，測出小車(14)前端速度V1，然后反之測出小車(14)后端速度V2，算出動量△P＝M(V2－V1)，驗證
合。t是否等于
。
驗證牛頓第二定律時，實驗板(13)仍按上述擱置，拆下一片“┐”形遮光片，小車(14)有定向片一面朝下放置在實驗板直槽內，砝碼盤(19)內加砝碼，其總重為m1，小車(14)質量仍為M，使小車(14)由靜止起作勻加速直線運動，測出離小車(14)S處小車(14)上所裝一片“┐”形遮光片通過的時間△t及寬度L，計算出此處即時速度V1，再計算出加速度a＝ (V21)/(2S) ，則合外力為F合等于m1(g－a)－mgSinθ－f，再計算出Ma，驗證
合＝
。
作功能原理實驗時，將實驗板(13)水平擱置在折疊后的支座上，小車(14)有定向片一面放置在實驗板(13)導向直槽內，仍保持一片“┐”形遮光片，砝碼盤內加砝碼，使小車(14)作勻加速運動，小車(14)起始時靜止，通過位置
時，通過光電計時器(16)測得遮光片(15)遮光時間△t，量出遮光片(15)寬度L，可計算出這處的即時速度V，再計算外力所作的功W外為F拉。S－fS和所具有的動能△EK＝ 1/2 MV2驗證外力所作的功W外是否等于△EK。
圖4所示結構為本實用新型的典型實施例，經實驗當M＝235.7×10－3Kg，m1＝218×10－3Kg，m2＝50×10－3Kg，S＝150×10－3m，L＝9×10－3m時，作動能定理實驗，測得△t＝17×10－3S，外力所作的功W外＝m2gS－ 1/2 (m1＋m2)V2＝0.032J，動能增量△EK＝ 1/2 MV2＝0.036J，誤差△＝△EK－W外＝0.004J。在實驗允許范圍內，能達到驗證該實驗的精確度。本儀器通過課堂進行保密性教學實驗，效果很好，直觀性強，可見度大，學生對重點力學概念有了具體、形象、透徹的理解，并增加了學習新技術、新知識的興趣，折疊式結構，一儀多用簡化了實驗儀器。
圖1為已有牛頓第二定律實驗儀(高中物理〔甲種本〕第一冊106頁)1.——紙條 2.——打點計時器 3.——小車4.——砂桶圖2為已有機械能守恒實驗儀。
5.——重物 6.——紙條 7.——打點計時器圖3為已有滑動摩擦系數(shù)及滑動摩擦力測試儀。
8.——砝碼盤 9.——滑輪 10.——滑動小車圖4為本多用力學實驗儀示意圖。
圖5為圖4的俯視圖
權利要求
1.一種多用力學實驗儀，包括一底座，其上支承一塊一端帶滑輪(18)的實驗板(13)，實驗板(13)一側具有一計時裝置，且同一側面貼有位移刻度尺，上面放置小車(14)，小車(14)一端通過拉環(huán)與跨過滑輪(18)的細繩的一端相連，繩的另一端懸掛有一砝碼盤(19)，其特征在于所述底座包括一塊帶方形凸臺端與實驗板(13)帶滑輪相反端鉸連的底板(11)、及一端與底板(11)另端鉸連，向內折轉90°支承在實驗板(13)下定位塊內側可將實驗板(11)支成與水平面成一45°以下角度的支撐板(12)。
2.據(jù)權利要求
1所述的多用力學實驗儀，其特征在于所述安裝在實驗板(13)一側的計時裝置包括一通過止緊螺釘安裝在實驗板(13)一側兩光桿支座孔中的光桿(7)，及通過支座止緊螺釘緊定可固定在光桿(7)上任意位置的光電計時器和安裝在小車(14)一側的遮光片(15)。
3.據(jù)權利要求
1或2所述的多用力學實驗儀，其特征在于所述底板(11)上具有四個可調整底板(11)水平的調整螺釘，方凸臺具有與支撐板(12)厚度相等的高度，支撐板(12)上具有兩個當其與底板(11)折疊時正好沉下底板(11)上調整螺釘頭使實驗板(13)能擱平的通孔。
4.據(jù)權利要求
1所述的多用力學實驗儀，其特征在于所述小車(14)上下兩面上分別是有四個靈活的滾輪及四片滑動定向片，且滾輪與滑動定向片兩兩寬度方向間距相等。
5.據(jù)權利要求
1或4所述的多用力學實驗儀，其特征在于所述實驗板(13)上沿長度方向具有兩條間距為小車(14)兩滾輪或滑動定向片橫向間距，能使小車(14)上遮光片準確過光電門計時器的光滑直導向槽。
6.據(jù)權利要求
5所述的多用力學實驗儀，其特征在于所述小車(14)上遮光片(15)包括通過螺釘固定在小車(14)一側面水平中線兩端的兩“┐”形遮光片及一連接在兩“┐”形遮光片上、需要時可拆下的長形遮光片，并且小車兩端都具有掛環(huán)。
專利摘要
一種多用力學實驗儀，屬于一種物理教學儀器。它由實驗板(13)，底板(11)，支撐板(12)，可移動、或固定的光電門(16)，小車(14)，遮光片(15)等組成，小車的上下兩面分別裝有滾輪及滑動定向片。這種儀器可綜合作出動量定理、動能定理、牛頓第二定律及機械能守恒定律和功能原理，測滑動摩擦力和系數(shù)等力學實驗，直觀性強，教學效果好。
文檔編號G09B23/00GK87204227SQ87204227
公開日1988年4月6日 申請日期1987年5月16日
發(fā)明者文求林 申請人:文求林導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan