一種驗證變力作用下動量定理的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于動力學(xué)測量領(lǐng)域，尤其是驗證動量定量的方法領(lǐng)域。本發(fā)明操作簡單，精度高。本發(fā)明是這樣的：一種驗證變力作用下動量定理的方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用于一種多功能動力學(xué)研究裝置，所述裝置，包括：力傳感器，固定板下表面連接電磁鐵，電磁鐵下端吸附圓球，還包括連接架，所述方法包括：確定研究過程的初狀態(tài)、末狀態(tài)圓球的動量，用力傳感器獲得重力的沖量、彈力的沖量，比較重力的沖量和彈力的沖量。
【專利說明】一種驗證變力作用下動量定理的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于用于動力學(xué)研究領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 動力學(xué)研究的范疇包括力、運動、力和運動的關(guān)系?，F(xiàn)有裝置足夠豐富，但是，還是 可以用新的裝置、新的方法來研究動力學(xué)中的某些參數(shù)之間的關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種新的裝置和方法，為研究動力學(xué)提供了一種新的技術(shù)方案，本 發(fā)明是這樣的： 多功能動力學(xué)研究裝置，包括：固定設(shè)置的、用于測量堅直向下拉力的力傳感器，其特 征是：力傳感器的探頭固定連接固定板，固定板呈平板狀，且固定板所在平面為水平面，固 定板下表面固定連接電磁鐵，電磁鐵下端吸附有一個用于下落的圓球，圓球由軟磁性材料 制成， 還包括堅直方向設(shè)置的連接架，連接架的上端和固定板固定連接，連接架的下端固定 連接置物板，置物板呈平板狀，置物板所在平面為水平面。
[0004] 圓球的質(zhì)量為50克。
[0005] 圓球的質(zhì)量為20克。
[0006] 還包括用于固定力傳感器的連桿，連桿固定連接于堅直支架，支架底端和底座固 定連接。
[0007] 還包括一根細(xì)線，細(xì)線一端系于固定板，細(xì)線另一端懸垂一個重錘。
[0008] 探頭下方所有部件所構(gòu)成的裝置其質(zhì)心位于：經(jīng)過探頭的堅直直線。
[0009] 圓球的質(zhì)心位于：經(jīng)過探頭的堅直直線。
[0010] 還包括一個位于置物板上表面的、用于承接圓球的圓筒，圓筒和置物板以可拆卸 方式連接，圓筒上方設(shè)有供圓球進入圓筒的開口。
[0011]圓筒內(nèi)表面貼敷有一個圓管狀的、厚度均勻的、用于使下落圓球減速的緩沖筒，緩 沖筒由彈性材料制成，且緩沖筒的內(nèi)徑略小于圓球的直徑。
[0012] 緩沖筒由海綿制成。
[0013] 所述圓筒底部還設(shè)有一個便于捅出圓球的頂出孔。
[0014] 所述的連接架由用來改變固定板和置物板間距的上連接架、下連接架以可伸縮方 式連接而成，上連接架堅直設(shè)置，下連接架也堅直設(shè)置，上連接架上端固定連接固定板，下 連接架下端固定連接置物板。
[0015] 上連接架設(shè)置有用來標(biāo)示高度的上刻度，下連接架設(shè)置有用來標(biāo)注高度的下刻 度，且：圓球吸附于磁鐵時，與圓球最下端水平線平齊的刻度作為刻度的原點。
[0016] 圓筒上端開頭處還固定連接一個圓錐筒，圓錐筒上端設(shè)有圓形的、供圓球進入的 上開口，圓錐筒下端設(shè)有圓形的下開口，下開口的邊緣和圓筒上端的邊緣固定連接，上開口 的直徑略大于圓球的直徑。
[0017] 上開口還設(shè)有用來使下落圓球減速的沖擊片，沖擊片外圈為圓形，沖擊片的外圈 和上開口邊緣固定連接，沖擊片由厚度均勻的、薄片狀、彈性材料制成，沖擊片內(nèi)圈設(shè)置有 呈均勻放射狀的孔，孔的中心位于：圓筒的軸線。
[0018] 上連接架的一個側(cè)面設(shè)置有堅直方向的凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有用于驅(qū)動齒輪的齒條； 下連接架設(shè)有一個殼體，殼體的一個面設(shè)有供齒輪外伸、以使齒輪和齒條嚙合的的延 伸孔，設(shè)有延伸孔的側(cè)面和設(shè)有凹槽的側(cè)面貼合， 下連接架的殼體內(nèi)設(shè)有一個用于確定齒輪轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸所在軸線為水平方 向， 下連接架的殼體內(nèi)還設(shè)置有第一張緊輪、第二張緊輪，第一張緊輪、第二張緊輪其轉(zhuǎn)軸 軸線均為水平方向，且該轉(zhuǎn)軸軸線和齒輪的轉(zhuǎn)軸軸線垂直， 還設(shè)有：與第一張緊輪、第二張緊輪同步轉(zhuǎn)動的傳動帶， 齒輪通過傳動裝置驅(qū)動第一張緊輪轉(zhuǎn)動， 殼體設(shè)有讀數(shù)開口以使傳動帶的一個面可視，在可視范圍內(nèi)：傳動帶所在平面為堅直 平面，傳動帶運動方向為堅直方向；且：下連接架沿堅直方向的速度與傳動帶沿堅直方向 的速度等大、反向， 讀數(shù)開口所在平面和延伸孔所在平面垂直， 下連接架設(shè)置有用來標(biāo)注高度的下刻度，且該刻度標(biāo)注于傳動帶，上連接架設(shè)置有用 來標(biāo)示高度的上刻度，且上刻度和下刻度在刻度重疊區(qū)域所標(biāo)注的刻度數(shù)值相同，且：圓球 吸附于磁鐵時，與圓球最下端水平線平齊的刻度作為刻度的原點。
[0019] 一種驗證變力作用下動量定理的方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用于一種多功能 動力學(xué)研究裝置，所述裝置，包括：固定設(shè)置的、用于測量堅直向下拉力的力傳感器，且：力 傳感器的探頭固定連接固定板，固定板呈平板狀，且固定板所在平面為水平面，固定板下表 面固定連接電磁鐵，電磁鐵下端吸附有一個用于下落的圓球，圓球由軟磁性材料制成，還包 括堅直方向設(shè)置的連接架，連接架的上端和固定板固定連接，連接架的下端固定連接置物 板，置物板呈平板狀，置物板所在平面為水平面， 還包括一個位于置物板上表面的、用于承接圓球的圓筒，圓筒和置物板以可拆卸方式 連接，圓筒上方設(shè)有供圓球進入圓筒的開口， 所述方法包括： 第一步，給電磁鐵通電，吸附圓球，并保持圓球靜止，測量圓球最低端至自由落體過程 末點的高度為差h;力傳感器開始采集其所受拉力的數(shù)據(jù)，此時傳感器所受拉力為a; 第二步，電磁鐵斷電，圓球下落；傳感器所受拉力由a變?yōu)閎，此時刻記為t1; 第三步，圓球在自由落體末點,傳感器所受拉力由b變?yōu)閏，此時刻記為t2; 第四步，圓球自t3時刻起靜止，傳感器所受拉力恢復(fù)為a; 第五步，查找手冊，獲得試驗地點的重力加速度數(shù)值為g，以h作為自由落體的高度，由公式ν=」2φ計算自由落體末狀態(tài)的速度V; 第六步，以&為研究過程的起始時刻，以14 (t4st3)為研究過程的末時刻，則，起始時 刻圓球的速度為v，末時刻圓球的速度為0,研究過程歷時為t5=t4-t2; 第七步，t5時間內(nèi)，圓球所受重力的沖量為Ici= (a-b)t5; 第八步，在F_t圖像中，t5時間內(nèi)圖像和時間軸所夾面積為Snb乘以七5為S2，取 s=s「s2; 第九步，t5時間內(nèi)，圓球所受彈力的沖量為IN，In在數(shù)值上等于S，在誤差允許范圍內(nèi)： 若：|S-41 =dv,則驗證：變力作用下的動量定理成立。 S
[0020] 一種驗證變力作用下動量定理的方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用于一種多功能 動力學(xué)研究裝置，所述裝置，包括：固定設(shè)置的、用于測量堅直向下拉力的力傳感器，且：力 傳感器的探頭固定連接固定板，固定板呈平板狀，且固定板所在平面為水平面，固定板下表 面固定連接電磁鐵，電磁鐵下端吸附有一個用于下落的圓球，圓球由軟磁性材料制成，還包 括堅直方向設(shè)置的連接架，連接架的上端和固定板固定連接，連接架的下端固定連接置物 板，置物板呈平板狀，置物板所在平面為水平面， 還包括一個位于置物板上表面的、用于承接圓球的圓筒，圓筒和置物板以可拆卸方式 連接，圓筒上方設(shè)有供圓球進入圓筒的開口， 所述方法包括： 第一步，給電磁鐵通電，吸附圓球，并保持圓球靜止；力傳感器開始采集其所受拉力的 數(shù)據(jù)，此時傳感器所受拉力為a; 第二步，電磁鐵斷電，圓球下落；傳感器所受拉力由a變?yōu)閎，此時刻記為t1; 第三步，圓球在自由落體末點,傳感器所受拉力由b變?yōu)閏，此時刻記為t2; 第四步，圓球自t3時刻起靜止，傳感器所受拉力恢復(fù)為a; 第五步，查找手冊，獲得試驗地點的重力加速度數(shù)值為g，由公式ν= -?)計算自由 落體末狀態(tài)的速度V; 第六步，以&為研究過程的起始時刻，以14 (t4 &U為研究過程的末時刻，則，起始時 刻圓球的速度為V，末時刻圓球的速度為0,研究過程歷時為t5=t4_t2; 第七步，t5時間內(nèi)，圓球所受重力的沖量為Ie= (a_b)t5; 第八步，在F_t圖像中，t5時間內(nèi)圖像和時間軸所夾面積為Si，b乘以1:5為S2，取 s=s「s2; 第九步，t5時間內(nèi)，圓球所受彈力的沖量為IN，In在數(shù)值上等于S，在誤差允許范圍內(nèi)： 若：|S-Je| = 則驗證：變力作用下的動量定理成立。 g
[0021] 一種驗證變力作用下動量定理的方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用于一種多功能 動力學(xué)研究裝置，所述裝置，包括：固定設(shè)置的、用于測量堅直向下拉力的力傳感器，且：力 傳感器的探頭固定連接固定板，固定板呈平板狀，且固定板所在平面為水平面，固定板下表 面固定連接電磁鐵，電磁鐵下端吸附有一個用于下落的圓球，圓球由軟磁性材料制成，還包 括堅直方向設(shè)置的連接架，連接架的上端和固定板固定連接，連接架的下端固定連接置物 板，置物板呈平板狀，置物板所在平面為水平面， 還包括一個位于置物板上表面的、用于承接圓球的圓筒，圓筒和置物板以可拆卸方式 連接，圓筒上方設(shè)有供圓球進入圓筒的開口， 所述方法包括： 第一步，給電磁鐵通電，吸附圓球，并保持圓球靜止；力傳感器開始采集其所受拉力的 數(shù)據(jù)，此時傳感器所受拉力為a; 第二步，電磁鐵斷電，圓球下落；傳感器所受拉力由a變?yōu)閎，此時刻記為t1; 第三步，圓球自t2時刻起靜止，傳感器所受拉力恢復(fù)為a; 第四步，以^為研究過程的起始時刻，以13 (t3 &t2)為研究過程的末時刻，則，起始時 刻圓球的速度為〇,末時刻圓球的速度也為〇,研究過程歷時為t=t3_t1; 第五步，t時間內(nèi)，取重力的沖量為Ic=at; 第六步，在F_t圖像中，t時間內(nèi)圖像和時間軸所夾面積為S; 第七步，t時間內(nèi)，彈力的沖量為IN，In在數(shù)值上等于S，在誤差允許范圍內(nèi)： 若：S=Ze,則驗證：變力作用下的動量定理成立。
[0022] 本發(fā)明所述的裝置，在動力學(xué)研究領(lǐng)域具有多種功能，本發(fā)明所述的測量方法，具 有精度高、操作方便的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明實施例一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖4是本發(fā)明實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖5是本發(fā)明實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖6是本發(fā)明實施例五的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖7是本發(fā)明實施例五的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖8是本發(fā)明實施例六的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖9是本發(fā)明實施例七的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖10是本發(fā)明實施例八的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖11是本發(fā)明實施例九的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖12是本發(fā)明實施例九的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖13是本發(fā)明實施例十的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖14是本發(fā)明實施例十的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖15是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖16是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖17是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖18是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖19是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖20是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖21是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖22是本發(fā)明實施例i^一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖中：1-力傳感器，11-探頭，2-電磁鐵，3-圓球，4-連接架，41-固定板，42-置物 板，51-底座，52-支架，53-連桿，61-細(xì)線，62-重錘，7-圓筒，71-緩沖筒，72-頂出孔，43-上 連接架，44-下連接架，431-上刻度，441-下刻度，73-圓錐筒，731-上開口，732-下開口， 74-沖擊片，741-下壓片，81-齒條，82-凹槽，91-第一張緊輪，92-第二張緊輪，93-齒輪， 94-延伸孔，95-傳動帶，96-讀數(shù)開口，97-傳動裝置。

【具體實施方式】
[0046] 實施例一 參見附圖1，多功能動力學(xué)研究裝置，包括：固定設(shè)置的、用于測量堅直向下拉力的力 傳感器1，其特征是：力傳感器1的探頭11固定連接固定板41，固定板41呈平板狀，且固定 板41所在平面為水平面，固定板41下表面固定連接電磁鐵2,電磁鐵2下端吸附有一個用 于下落的圓球3,圓球3由軟磁性材料制成，還包括堅直方向設(shè)置的連接架4,連接架4的上 端和固定板41固定連接，連接架4的下端固定連接置物板42,置物板42呈平板狀，置物板 42所在平面為水平面。圓球3的質(zhì)量可以為50克。圓球3的質(zhì)量可以為20克。
[0047] 力傳感器1屬于現(xiàn)有技術(shù)，力傳感器1是可以測量力的儀器，力傳感器1連接配套 設(shè)備可以采集到相關(guān)數(shù)據(jù)，最終以F-t圖像的形式表現(xiàn)出力隨時間的變化，常見的力傳感 器1的大多具有這樣的功能。力傳感器1有一個探頭11，對探頭11施加壓力或者拉力，會 引起敏感元件的相關(guān)參數(shù)發(fā)生變化，從而獲悉力隨時間如何變化。本發(fā)明所述的力傳感器 1是指描繪F-t圖像的力傳感器1。
[0048] 軟磁性材料是指：外界磁場存在時，軟磁性材料具有磁性，外界磁場撤去后，軟磁 性材料磁性消失。比如：鐵。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉：允許有稍許剩磁，并且選用剩磁 少的材料可以減小誤差。
[0049] 一種測量重力加速的方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用于一種多功能動力學(xué)研究 裝置，所述裝置，包括：固定設(shè)置的、用于測量堅直向下拉力的力傳感器1，且：力傳感器1的 探頭11固定連接固定板41，固定板41呈平板狀，且固定板41所在平面為水平面，固定板 41下表面固定連接電磁鐵2,電磁鐵2下端吸附有一個用于下落的圓球3,圓球3由軟磁性 材料制成，還包括堅直方向設(shè)置的連接架4,連接架4的上端和固定板41固定連接，連接架 4的下端固定連接置物板42,置物板42呈平板狀，置物板42所在平面為水平面， 所述方法包括： 第一步，給電磁鐵2通電，吸附圓球3,并保持圓球3靜止，測量圓球3自由落體的高度 為h;力傳感器1開始采集其所受拉力的數(shù)據(jù)，此時傳感器所受拉力為a; 第二步，電磁鐵2斷電，圓球3下落；傳感器所受拉力由a變?yōu)閎，此時刻記為t1; 第三步，圓球3擊中置物板42,傳感器所受拉力由b變?yōu)閏，此時刻記為t2; 第四步，以h作為自由落體的高度，計算t2-t1=t，以t做為自由落體的時間，利用：

【權(quán)利要求】
1. 一種驗證變力作用下動量定理的方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用于一種多功能動 力學(xué)研究裝置，所述裝置，包括：固定設(shè)置的、用于測量堅直向下拉力的力傳感器，且：力傳 感器的探頭固定連接固定板，固定板呈平板狀，且固定板所在平面為水平面，固定板下表面 固定連接電磁鐵，電磁鐵下端吸附有一個用于下落的圓球，圓球由軟磁性材料制成，還包括 堅直方向設(shè)置的連接架，連接架的上端和固定板固定連接，連接架的下端固定連接置物板， 置物板呈平板狀，置物板所在平面為水平面， 還包括一個位于置物板上表面的、用于承接圓球的圓筒，圓筒和置物板以可拆卸方式 連接，圓筒上方設(shè)有供圓球進入圓筒的開口， 所述方法包括： 第一步，給電磁鐵通電，吸附圓球，并保持圓球靜止，測量圓球最低端至自由落體過程 末點的高度為差h;力傳感器開始采集其所受拉力的數(shù)據(jù)，此時傳感器所受拉力為a; 第二步，電磁鐵斷電，圓球下落；傳感器所受拉力由a變?yōu)閎，此時刻記為t1; 第三步，圓球在自由落體末點,傳感器所受拉力由b變?yōu)閏，此時刻記為t2; 第四步，圓球自t3時刻起靜止，傳感器所受拉力恢復(fù)為a; 第五步，查找手冊，獲得試驗地點的重力加速度數(shù)值為g，以h作為自由落體的高度，由
第六步，以&為研究過程的起始時刻，以14 (t4 &U為研究過程的末時刻，則，起始時 刻圓球的速度為V，末時刻圓球的速度為0,研究過程歷時為t5=t4_t2; 第七步，t5時間內(nèi)，圓球所受重力的沖量為Ie= (a_b)t5; 第八步，在F_t圖像中，t5時間內(nèi)圖像和時間軸所夾面積為Si，b乘以1:5為S2，取S=S1-S2; 第九步，t5時間內(nèi)，圓球所受彈力的沖量為IN，In在數(shù)值上等于S，在誤差允許范圍內(nèi)：
【文檔編號】G09B23/08GK104504965SQ201510003529
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月5日
【發(fā)明者】曹小玲 申請人:曹小玲