驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】一種驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座、支架、單擺，擺繩，支架固定在底座上。支架是由橫桿和豎桿圍接組成的框架結(jié)構(gòu)，兩條豎桿分別是帶刻度顯示的標(biāo)尺，兩條豎桿平行設(shè)置底部固定在底座上，上端與橫桿固定連接；所述的單擺是由兩個(gè)質(zhì)量相等的剛性球組成的雙擺球，雙擺球分別與擺繩連接，分別通過(guò)擺繩吊掛在支架的橫桿上，所述的擺繩上分別系有與支架刻度相對(duì)應(yīng)的細(xì)線。利用質(zhì)量相等的剛性小球做成雙單擺，支架采用帶刻度的標(biāo)尺，保證擺球?qū)π膹椥耘鲎?，擺線上各系一個(gè)質(zhì)量可以忽略的細(xì)線，由細(xì)線的位置讀數(shù)可以直接驗(yàn)證動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒定律。裝置結(jié)構(gòu)科學(xué)、制作成本低、操作簡(jiǎn)單、便于演示、且實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯。
【專利說(shuō)明】驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本實(shí)用新型涉及一種基礎(chǔ)物理定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證領(lǐng)裝置，尤其是涉及一種驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]通常，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律是用氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的水平可用“動(dòng)態(tài)”和“靜態(tài)”兩種調(diào)平方法，由于氣墊導(dǎo)軌上各個(gè)氣孔出氣不均勻，導(dǎo)致調(diào)平難度很大 '為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)計(jì)算，實(shí)驗(yàn)對(duì)滑塊的質(zhì)量要求很?chē)?yán)格；這套裝置昂貴且笨重，無(wú)法拿到課堂上進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)是用重物的下落，重物要連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，利用打出的紙帶求速度，還要用米尺測(cè)量重物下落的高度驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，此實(shí)驗(yàn)繁瑣；要精確計(jì)算打出的紙帶，對(duì)計(jì)算能力要求較高。中國(guó)專利CN102663932A公開(kāi)了一種“雙單擺碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒和動(dòng)能守恒的實(shí)驗(yàn)裝置”，其結(jié)構(gòu)是:坐標(biāo)紙用磁鐵固定在支架的面板上，兩個(gè)單擺固定在支架頂部的矩形槽中，每個(gè)單擺上分別固定彩色筆，通過(guò)彩色筆畫(huà)出的運(yùn)動(dòng)曲線，根據(jù)動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，確定碰撞前后的動(dòng)量和動(dòng)能。其不足之處是該裝置需要在單擺上固定彩色筆，通過(guò)彩色筆畫(huà)出的運(yùn)動(dòng)曲線，彩筆與坐標(biāo)紙間存在摩擦力，摩擦力的存在會(huì)導(dǎo)致動(dòng)量和機(jī)械能不守恒；彩筆描出的曲線會(huì)出現(xiàn)重合，坐標(biāo)位置不容易確定；依據(jù)動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，來(lái)計(jì)算確定碰撞前后的動(dòng)量和動(dòng)能，實(shí)驗(yàn)計(jì)算和操作比較復(fù)雜，尤其是給學(xué)生演示比較麻煩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)操作不便、昂貴、笨重、計(jì)算繁瑣等諸多不足，提供一種利用標(biāo)尺作為支架、擺繩上系對(duì)應(yīng)支架標(biāo)尺的刻度細(xì)線，操作簡(jiǎn)便，便于演示的驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座、支架、單擺，擺繩，支架固定在底座上，所述的支架是由橫桿和豎桿圍接組成的框架結(jié)構(gòu)，兩條豎桿豎直支架上分別覆有帶刻度顯示的標(biāo)尺，兩條豎桿平行設(shè)置底部固定在底座上，上端與橫桿固定連接；所述的單擺是由兩個(gè)質(zhì)量相等的剛性球組成的雙擺球，雙擺球分別與擺繩連接，分別通過(guò)擺繩吊掛在支架的橫桿上，所述的擺繩上分別系有與支架刻度相對(duì)應(yīng)的細(xì)線。
[0008]作為優(yōu)選方案，雙擺球的擺繩一端與擺球連接，另一端與擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲連接，擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲固定在支架的橫桿上。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述的擺繩長(zhǎng)度相等，擺球球心在同一條直線上。
[0010]作為優(yōu)選方案，擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲間隔設(shè)置在支架橫桿的中間部位。作為優(yōu)選方案，所述的底座上設(shè)有水平儀和調(diào)平螺絲。
[0011]采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的支架采用帶刻度的標(biāo)尺，利用質(zhì)量相等的剛性小球做成雙單擺，保證擺球?qū)π膹椥耘鲎?，擺線上各系一個(gè)質(zhì)量可以忽略的細(xì)線，細(xì)線對(duì)應(yīng)支架的刻度可以通過(guò)移動(dòng)細(xì)線的位置或改變擺球離開(kāi)平衡位置的角度來(lái)調(diào)節(jié)，細(xì)線對(duì)應(yīng)支架標(biāo)尺的刻度測(cè)量容易且更精確，且由細(xì)線的位置讀數(shù)可以直接驗(yàn)證動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒定律。也可以根據(jù)細(xì)線的位置讀數(shù)明確計(jì)算擺球處于最高位置和最低位置的刻度，也可通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算驗(yàn)證碰撞過(guò)程中的動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒。底座有調(diào)平螺絲并有水平儀精確指示底座是否水平，能精確測(cè)量擺球處于最高、最低位置時(shí)擺繩上細(xì)線對(duì)應(yīng)標(biāo)尺的刻度，通過(guò)細(xì)線對(duì)應(yīng)標(biāo)尺位置讀數(shù)比通過(guò)擺球?qū)?yīng)標(biāo)尺位置讀數(shù)更精確更直接，但此時(shí)擺球的位置也可以精確推算。本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)科學(xué)、制作成本低、操作簡(jiǎn)單、便于演示、且實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中標(biāo)記，水平儀1，調(diào)平螺絲2，單擺3，細(xì)線4，擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲5，底座6，支架7。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面能結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。
[0015]本實(shí)施例公開(kāi)了一種驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，由底座6、支架7、單擺3等組成，底座6為圓形，底座6上設(shè)有水平儀I和調(diào)平螺絲2，調(diào)平螺絲2設(shè)置三個(gè)，三角形排布在底座6上。支架7是由橫桿和豎桿圍接組成的框架結(jié)構(gòu)，兩條豎桿上分別覆有采用帶刻度顯示的標(biāo)尺，兩條豎桿平行設(shè)置直立于底座6上,兩條豎桿的底部與底座6固定,上端與橫桿固定連接。
[0016]本實(shí)施例的單擺3采用的擺球?yàn)閯傂孕∏颍覂尚∏蛸|(zhì)量相等，平衡位置時(shí)質(zhì)量相等的兩擺球?qū)π慕佑|，但無(wú)相互作用力，為雙擺球。雙擺球分為A球和B球，A球和B球分別與擺繩連接，其連接方式是:兩條擺繩依次一端與A球、B球連接，另一端與擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲5連接，A球和B球吊掛在支架7的橫桿上，擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲5間隔設(shè)置在支架橫桿的中間部位，兩螺絲間距離可調(diào)，保證擺球做對(duì)心碰撞。
[0017]兩條擺繩長(zhǎng)度相等，兩條擺繩上分別系有與支架刻度相對(duì)應(yīng)的細(xì)線4，且細(xì)線4所對(duì)豎桿標(biāo)尺的刻度可以調(diào)節(jié)。通過(guò)細(xì)線4對(duì)應(yīng)標(biāo)尺位置讀數(shù)比通過(guò)擺球?qū)?yīng)標(biāo)尺位置讀數(shù)更精確更直接，但此時(shí)擺球的位置也可以精確推算。
[0018]本實(shí)用新型的操作工程:
[0019]調(diào)節(jié)底座6上的調(diào)節(jié)螺絲2，使水平儀I的氣泡處于底座6的中心圓內(nèi)，說(shuō)明底座6已成水平狀態(tài)；調(diào)節(jié)擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲5使兩個(gè)單擺3的擺長(zhǎng)相等，調(diào)節(jié)兩擺繩上的細(xì)線4使對(duì)應(yīng)相同的支架刻度，調(diào)節(jié)兩單擺3之間的距離使兩擺球A、B剛好接觸且圓心在同一直線上。擺球B靜止，將另一擺球A拉至一定位置，使擺繩上的細(xì)線4對(duì)應(yīng)支架7標(biāo)尺一定的刻度，無(wú)初速釋放擺球A，擺至最低點(diǎn)時(shí)擺球A與在平衡位置靜止的擺球B相碰，碰后擺球A靜止，擺球B會(huì)運(yùn)動(dòng)，直至擺繩上的細(xì)線對(duì)應(yīng)支架的刻度至擺球A釋放時(shí)其細(xì)線4對(duì)的刻度相同，即擺球B的最終位置對(duì)應(yīng)的支架刻度與擺球A的初始刻度相同，由此兩質(zhì)量相同的剛性擺球?qū)π呐鲎埠笏俣冉粨Q一動(dòng)量守恒，由于擺球A的初始高度與擺球B的終了高度相同一機(jī)械能守恒。
[0020]擺球B在最低點(diǎn)靜止，另一擺球A拉至一定位置，使擺繩上的細(xì)線4對(duì)應(yīng)支架7上的某個(gè)初始刻度后無(wú)初速釋放，擺球A沿弧線運(yùn)動(dòng)與靜止擺球B彈性碰撞，碰撞完畢擺球A靜止，原靜止擺球B運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)速度降為零，此時(shí)擺球B的擺繩上細(xì)線對(duì)應(yīng)的支架7的刻度與擺球A擺繩上細(xì)線4的初始刻度相同，記錄此時(shí)擺球?qū)?yīng)支架7的刻度。由此兩質(zhì)量相同的剛性擺球?qū)π呐鲎埠笏俣冉粨Q一動(dòng)量守恒，由于擺球A的初始高度與擺球B的終了高度相同一機(jī)械能守恒。
[0021]將兩擺球A、B向左右拉至一定位置使每個(gè)擺繩上的細(xì)線4對(duì)應(yīng)支架7相同的初始刻度后，兩擺球無(wú)初速釋放，對(duì)心碰撞后，運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)兩球進(jìn)行彈性碰撞，碰撞后兩擺球A、B沿原弧線返回，均返回至兩擺繩上的細(xì)線4所對(duì)的支架7刻度與初始刻度相同，兩擺球A、B速度減為零。
[0022]根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每個(gè)單擺3擺繩上對(duì)應(yīng)的支架刻度就可說(shuō)明彈性碰撞過(guò)程除了動(dòng)量守恒，機(jī)械能也守恒。每個(gè)擺球的碰后速度與各自初始速度大小相等，方向相反，也可認(rèn)為兩擺球交換速度一動(dòng)量守恒，由于兩擺繩上的細(xì)線4均擺至初始高度一機(jī)械能守恒。根據(jù)平衡位置和最高點(diǎn)位置擺繩上細(xì)線4對(duì)應(yīng)的支架刻度和每個(gè)細(xì)線的初始位置刻度可以計(jì)算兩擺球A、B在最高、最低點(diǎn)的動(dòng)量、動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能，由此確定動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系。同樣此實(shí)驗(yàn)裝置也可驗(yàn)證非彈性碰撞動(dòng)量守恒定律，也可以改變此實(shí)驗(yàn)裝置中兩擺球的質(zhì)量，以驗(yàn)證質(zhì)量不等擺球碰撞的動(dòng)量守恒定律，由于兩球質(zhì)量不同其運(yùn)動(dòng)軌跡不同，驗(yàn)證時(shí)在擺球的運(yùn)動(dòng)背景上放置一透明塑料板，通過(guò)塑料板上的標(biāo)記和豎直支架的標(biāo)尺確定每個(gè)擺球的位置。由于本校的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)是用質(zhì)量相等物體碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康那沂箤?shí)驗(yàn)現(xiàn)象更簡(jiǎn)單明了。
【權(quán)利要求】
1.一種驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座、支架、單擺，擺繩，支架固定在底座上，其特征在，所述的支架是有橫桿和豎桿圍接組成的框架結(jié)構(gòu)，兩條豎桿上分別覆有帶刻度顯示的標(biāo)尺，兩條豎桿平行設(shè)置底部固定在底座上，上端與橫桿固定連接；所述的單擺是由兩個(gè)質(zhì)量相等的剛性球組成的雙擺球，雙擺球分別與擺繩連接，分別通過(guò)擺繩吊掛在支架的橫桿上，所述的擺繩上分別系有與支架刻度相對(duì)應(yīng)的細(xì)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，雙擺球的擺繩一端與擺球連接，另一端與擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲連接，擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲固定在支架的橫桿上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的擺繩長(zhǎng)度相等，擺球球心在同一條直線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，擺長(zhǎng)調(diào)節(jié)螺絲間隔設(shè)置在支架橫桿的中間部位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證彈性碰撞的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的雙單擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的底座上設(shè)有水平儀和調(diào)平螺絲。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK204143705SQ201420667531
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】黃洪云 申請(qǐng)人:唐山學(xué)院