專利名稱：多功能力學實驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及教學儀器技術領域，具體地說是高中物理教學中使用的多功能力學實驗儀。
在高中的物理教學中，勻加速運動規(guī)律、自由落體運動規(guī)律、牛頓第二定律、動量守恒定律、機械能守恒定律的實驗關鍵，是對物體的即時速度和加速度的測定。由速度V＝△s／△t、加速度a＝2s／t2知，要測準a、v就得測準位移S和時間t?，F(xiàn)有的儀器(普通型)在測這兩個量時，往往顧此失彼，最困難的是測時間t和測準運動位移S，即準確計時的問題?，F(xiàn)在中學中最廣泛使用的這類儀器是“打點計時器－平板小車”組件，其計時精度為0.02秒(即市用交流電的周期)，由于其結構(如


圖1所示)上無法克服的毛病，即(1)打點瞬間，打點針的壓力將通過復寫紙對紙帶的運動產生很大的縱向阻力；(2)紙帶在與復寫紙分離時，由于打點處復寫紙臘紙的粘連作用，將對紙帶產生測向拉力，這一瞬間紙帶將橫向擺動，然后又彈回去；(3)紙帶通過限位框時，由于(1)、(2)所述原因，而運動不穩(wěn)定，常出現(xiàn)不規(guī)則擺動和跳動，使打點點跡不準確，因此，打在紙帶上的點并非排成一條直線，而常是歪歪扭扭，點跡分布不均勻，又由于所記錄的位移不準確，所計算出的速度、加速度自然就不可靠了。測定速度、加速度而進行前述五個實驗的另一常用儀器是“氣墊導軌”，它在消除摩擦力，準確測量位移、時間－從而準確測量速度、加速度方面，設計科學，性能優(yōu)異，但由于價格昂貴，體大笨重，在工作時，氣泵發(fā)出強大吼聲，嚴重干擾教學，致使它問世多年，而至今無法普及推廣。
本實用新型的目的在于提供一種能克服“打點計時器－平板小車”組件的不足，精度接近“氣墊導軌”，且價格低廉，適用于中學物理力學教學的“多功能力學實驗儀”。
本實用新型的技術方案為用兩條導軌和小車，在小車上裝有兩個磁體和銜鐵，導軌的A、B、C、D位置上設有四個微型磁控開關，在微型磁控開關上接有電子計時器和開關，在導軌的起始端設有帶電池的微型電磁鐵及其開關。小車上磁體作用于分布在導軌上位置A、B、C、D的微型磁控開關，使之吸合和斷開，從而控制電子計時器的計時起停，以測定運動小車的即時速度和加速度。
本實用新型的優(yōu)點是驗證動量守恒定律等類實驗的誤差在10％以內，驗證勻變速運動規(guī)律的及牛頓第二定律的實驗誤差在5％以內，且體積輕小，取材容易，造價低廉，操作方便，易于推廣。
圖1為“打點計時器－小車”的結構示意圖圖2為“多功能力學實驗儀”的結構示意圖圖3為載磁小車示意圖圖4為驗證動量守恒定律開始時兩小車的正確位置實施例如圖2所示，該實驗儀有兩條導電導軌a1和a2，小車(e)上裝有磁體(M1，M2)(用永磁體和電磁鐵均可)和銜鐵(N)(如圖3所示)，磁體置于小車車架下方前輪的前后沿，銜鐵緊固于小車尾部；導軌的A、B、C、D位置上設有微型磁控開關(C1、C2、C3、C4)，在微型磁控開關上接有電子計時器(b1、b2、b3)和微型單刀雙擲開關(K1、K2、K3、K4)，電子計時器可用多功能電子表代替，在導軌的起始端設有帶電池(f)的微型電磁鐵(d)及其雙刀三擲開關(K5)。當測量即時速度時，將開關K1置于1，K2、K3、K4均置于2，將電子表b2從K2處拆下，插入K4的插孔中，在D處計時，讓小車從O點出發(fā)，依次經過A、B、D，當小車上磁頭M1掠過微控開關C1時，C1吸合，使電子表b1的0.01秒按鍵接通，電子表b1開始計時。磁頭M1通過C1的過程中以及通過后，計時并不停止，直至磁頭M2掠過C1時，C1再次吸合，使電子表b1的0.01秒按鍵再次接通，b1的計時立即停止。此過程中所記錄的時間t1，便是磁頭M1、M2到達C1的時間差，即小車前進位移L(M1、M2間的距離)所用的時間。所以，小車通過A點的即時速度可由公式VA＝L／t1求得，同理，可求得VB、VC。從而可以驗證勻變速運動規(guī)律(V2＝2as)；動量守恒定律(m1v1＝m1v1′＋m2v2′)(如圖4所示，驗證動量守恒定律開始時，兩小車的位置)；機械能守恒定律(mgh＝1／2mv2)。當測定勻變速運動和自由落體運動時，取去小車上的磁頭M2，保留磁頭M1，讓導軌基座傾斜，D端斜向下，則小車在軌導上作勻加速運動。由初速為零的勻加速運動規(guī)律S＝1／2at2，當S1S2S3＝149時，必有t1t2t3＝123。將K1置于1，K2、K3、K4置于2，拆除電子表b2、b3、，保留電子表b1，將K5置于3，電磁鐵通電，小車尾部的銜鐵被電磁鐵吸住，將K5由位置3迅速撥至1，則電磁鐵斷路，吸力消失，小車便從O點(磁頭M1前沿所在位置)由初速為零開始下滑，K5在由位置3至位置1時，中間須經過位置2，在經過位置2的瞬間，導軌a1、a2被接通，電子表b1的0.01秒按鍵被瞬間接通(相當于按第一次)，馬上又斷開，所以，在小車開始下滑的同時，電子表b1開始計時，當小車磁頭M1到達A時，置于A處的微型磁控開關C1受M1作用而吸合，使電子表b1的0.01秒按鍵再次接通(相當于按第二次)，計時立即停止。由此，十分精確地記錄了小車從O到達A所經歷的時間t1。然后將K1、K2、K4置于2，將K3置于1，測出小車從O點到達D點的時間t3。由于OAOCOD＝149，則必有t1t2t3＝123。由此，不僅可驗證初速為零的勻加速運動規(guī)律，而且可研究自由落體運動(將導軌豎放即可)，又由于s、t均可精確測量，故可由S＝1／2at2，a＝2s／t2，計算a，從而可驗證牛頓第二定律。
權利要求1.一種采用實驗小車的多功能力學實驗儀，它包括有導軌和小車，其特征在于導軌為兩條形導軌(a1，a2)，小車(e)上裝有磁體(M1，M2)和銜鐵(N)，導軌的A、B、C、D位置上設有微型磁控開關(C1、C2、C3、C4)，在微型磁控開關上接有電子計時器(b1、b2、b3)，和開關(K1、K2、K3、K4)，在導軌的起始端設有帶電池(f)的微型電磁鐵(d)及其開關(K5)。
2.根據權利要求1所述的實驗儀，其特征在于磁體(M1、M2)置于小車車架下方前輪的前后沿，銜鐵(N)在小車的尾部。
3.根據權利要求1所述的實驗儀，其特征在于開關K1、K2、K3、K4為微型單刀雙擲開關，開關K5為雙刀三擲開關。
4.根據權利要求1所述的實驗儀，其特征在于電子計時器(b1、b2、b3)可用多功能電子表代替。
5.根據權利要求1所述的實驗儀，其特征在于導軌(a1、a2)為導電導軌。
專利摘要本實用新型是一種中學物理教學中使用的多功能力學實驗儀，采用兩條形導軌(a
文檔編號G09B23/10GK2088719SQ9120311
公開日1991年11月13日 申請日期1991年2月27日 優(yōu)先權日1991年2月27日
發(fā)明者陳德棠 申請人:陳德棠