一種平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利設(shè)及實(shí)驗(yàn)儀，尤其設(shè)及一種平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 平拋運(yùn)動(dòng)是中學(xué)物理教材運(yùn)動(dòng)學(xué)中的一個(gè)重要概念，教師在教學(xué)中，為了讓學(xué)生 明白，在不考慮阻力的情況下，平拋運(yùn)動(dòng)的物體可W分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎 直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。通常使用的傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)演示儀器如圖9和圖10所示，圖9小球從圓 形軌道A處軌下，從B處拋出，可W觀察平拋運(yùn)動(dòng)，但無(wú)法透徹地研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圖10的 A、B上端為彈性片，此狀態(tài)下球1被B彈性片夾住，球2放于B彈片前，敲打A柱，2號(hào)球被彈出做 平拋運(yùn)動(dòng)，同時(shí)1號(hào)球自由落體，但是，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中不很穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)精度不很高，二球 落地點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，不利于比較，效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，實(shí)驗(yàn)效果好的平拋鋼 球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了 W下技術(shù)方案：
[0005] 運(yùn)種平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀，包括自由落體槍管、平拋槍管、支撐桿和底 座，所述支撐桿固定在底座上，自由落體槍管和平拋槍管分別固定在支撐桿上端;所述自由 落體槍管內(nèi)設(shè)有自由落體射擊槍桿彈黃和自由落體射擊槍桿;平拋槍管內(nèi)設(shè)有平拋射擊槍 桿彈黃和平拋射擊槍桿，所述自由落體射擊槍桿和平拋射擊槍桿的后端均連接手拉環(huán)，所 述自由落體射擊槍桿彈黃和平拋射擊槍桿彈黃后端也連接手拉環(huán);所述自由落體槍管的前 端設(shè)有自由落體鋼球碰撞塊和配合的自由落體鋼球，所述平拋槍管的前端設(shè)有平拋碰撞滑 塊和配合的平拋鋼球。
[0006] 作為優(yōu)選:所述平拋槍管的前端設(shè)有平拋碰撞塊移動(dòng)滑槽用于限位平拋碰撞塊； 增加該碰撞塊W保證平拋鋼球與自由落體鋼球同時(shí)運(yùn)動(dòng)之目的。
[0007] 作為優(yōu)選:所述底座上還設(shè)有平衡穩(wěn)固塊。
[0008] 作為優(yōu)選:所述自由落體鋼球的球屯、與平拋鋼球的球屯、位于同一水平面上。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：
[0010] 1)設(shè)計(jì)了平拋碰撞塊是為了保證自由落體碰撞過(guò)程與平拋碰撞過(guò)程作用時(shí)間相 同，W保證平拋鋼球與自由落體鋼球同時(shí)從同一高度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；
[0011] (2)設(shè)計(jì)了平拋鋼球質(zhì)量與平拋碰撞塊質(zhì)量相同，是為了能夠把平拋碰撞塊的能 量完全傳遞給平拋鋼球；
[0012] (3)自由落體鋼球的懸掛方法采用了力矩原理，使之自由落體鋼球在碰撞前處于 穩(wěn)定狀態(tài)；
[0013] (4)采用了彈黃產(chǎn)生的彈性力，使之平拋射擊槍桿與自由落體射擊槍桿同時(shí)加速。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2是自由落體鋼球穩(wěn)定懸掛受力分析示意圖；
[0016] 圖3自由落體射擊槍桿與平拋射擊槍桿拉起瞬間示意圖；
[0017] 圖4是自由落體鋼球與平拋鋼球碰撞后瞬間狀態(tài)示意圖；
[0018] 圖5是自由落體鋼球與平拋鋼球下落至空中某一位置狀態(tài)示意圖；
[0019] 圖6是自由落體鋼球與平拋鋼球落地末狀態(tài)示意圖；
[0020] 圖7是自由落體射擊槍桿和平拋射擊槍桿后端整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖8是自由落體射擊槍桿和平拋射擊槍桿后蓋結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖9是現(xiàn)有的平拋實(shí)驗(yàn)演示儀視圖；
[0023] 圖10是現(xiàn)有的平拋實(shí)驗(yàn)演示儀視圖；
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。下述實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本 發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還 可W對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，運(yùn)些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍 內(nèi)。
[0025] 如圖1所示，為完全機(jī)械式平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀。1、底座調(diào)平支腿，2、支 桿固定螺絲，3、底座，4、實(shí)驗(yàn)儀平衡穩(wěn)固塊，5、支撐桿，6、自由落體、平拋槍管右禁銅圈，7、 自由落體、平拋槍管左禁銅圈，8、自由落體、平拋與支撐桿禁銅螺絲，9、平拋槍管，9-41、平 拋射擊槍桿，9-42、平拋槍桿彈黃，10、自由落體槍管，10-20、自由落體碰撞塊與鋼球接觸支 點(diǎn)，10-21、自由落體碰撞塊轉(zhuǎn)動(dòng)軸，10-31自由落體射擊槍桿，10-32、自由落體碰撞桿彈黃； 11、手拉環(huán)。
[0026] 如圖2所示，為自由落體鋼球穩(wěn)定懸掛受力分析示意圖。10-1、自由落體鋼球；10-20、鋼球穩(wěn)定支點(diǎn)；10-21、自由落體碰撞塊轉(zhuǎn)動(dòng)軸;10-2、自由落體鋼球碰撞塊。
[0027] 如圖7和圖8所示，為自由落體射擊槍桿、平拋射擊槍桿及其連接彈黃后端整體與 后蓋結(jié)構(gòu)示意圖。10-31、自由落體射擊槍桿彈黃；10-32、自由落體射擊槍桿;9-41、平拋射 擊槍桿;9-42、平拋射擊槍桿彈黃；由9-0、平拋射擊槍桿后蓋和10-0、自由落體射擊槍桿后 蓋組成的一體式后蓋。
[00巧]儀器組裝與操作步驟：
[00巧]1、儀器安裝
[0030]用支桿固定螺絲2把支撐桿5固定在底座3上，將平拋槍管9、自由落體槍管10分別 穿入支撐桿5上端對(duì)應(yīng)位置，用螺絲8固定于支撐桿上，分別采用自由落體、平拋槍管左右禁 銅圈7、6再次加固，如圖1所示;把自由落體射擊槍桿彈黃10-32與平拋射擊槍桿彈黃9-42分 別套固接于后座自由落體槍管10與平拋槍管9內(nèi)側(cè)中，即彈黃始端固定在與支撐桿5面齊平 的槍管處，把自由落體射擊槍桿10-31和平拋射擊槍桿9-41的碰撞端分別裝入槍管中，將后 座蓋10-0、9-0蓋在平拋槍管9和自由落體槍管10后面，并將彈黃10-32、9-42終端與后蓋固 連，并用螺絲分別與自由落體射擊槍桿10-31與平拋射擊槍桿9-41螺接，需要強(qiáng)調(diào)的是自由 落體槍桿后蓋9-0與平拋射擊槍桿后蓋10-0為一整體，后蓋表面安裝有手拉環(huán)11，如圖I所 示;將自由落體鋼球10-1懸?jiàn)A在自由落體鋼球碰撞塊10-2的鋼球接觸支點(diǎn)10-20與前壁間， 將平拋鋼球9-1放于平拋碰撞滑塊9-3前端，在實(shí)驗(yàn)儀底座上放上平拋實(shí)驗(yàn)儀平衡穩(wěn)固塊4。 儀器制作要求:平拋鋼球與自由落體鋼球質(zhì)屯、處在同一個(gè)水平面上，即hi = h2。如圖1所示。
[0031] 2、操作步驟
[0032] 在平拋實(shí)驗(yàn)儀安裝好后。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在自由落體鋼球和平拋鋼球落地點(diǎn)鋪一塊木板， 木板上鋪一張白紙，其上再鋪一張復(fù)寫紙。用手鉤住自由落體射擊槍桿10-31和平拋射擊槍 桿9-41后蓋手拉環(huán)11，沿著徑向方向拉后蓋至適當(dāng)距離，由于平拋射擊槍桿后蓋10-0與自 由落體射擊槍桿后蓋9-0為一整體，故平拋射擊槍桿9-41、平拋射擊槍桿彈黃9-42與自由落 體射擊槍桿10-31、自由落體射擊槍桿彈黃10-32同時(shí)被拉至一定距離，自由落體射擊槍桿 彈黃10-32、平拋射擊槍桿彈黃9-42具有較大彈性勢(shì)能，如圖3所示;此時(shí)，放掉手拉環(huán)即放 掉后蓋11，在彈黃彈性力的作用下，平拋射擊槍桿9-41和自由落體射擊槍桿10-31做加速運(yùn) 動(dòng)，平拋射擊槍桿9-41和自由落體射擊槍桿10-31分別與平拋碰撞滑塊9-3和自由落體鋼球 碰撞塊10-2發(fā)生碰撞，平拋碰撞滑塊9-3撞擊平拋鋼球9-1，平拋鋼球9-1作平拋運(yùn)動(dòng)，同時(shí) 自由落體碰撞塊10-2圍繞自由落體碰撞塊10-2轉(zhuǎn)動(dòng)軸10-21轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼球接觸支點(diǎn)10-20被彈 起，自由落體鋼球10-1就會(huì)自由下落，運(yùn)樣平拋鋼球9-1與自由落體鋼球10-1同時(shí)開(kāi)始在空 中運(yùn)動(dòng)，如圖4所示河W觀察到平拋鋼球9-1與自由落體鋼球10-1在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，始終處在 同一水平面上，如圖5所示;最終會(huì)同時(shí)落在復(fù)寫紙上，從而在白紙上印上痕跡，如圖6所示。
[0033] 需要說(shuō)明的是:設(shè)計(jì)的平拋碰撞塊滑頭9-31在平拋碰撞塊移動(dòng)滑槽9-2中滑動(dòng)，是 為了保證平拋碰撞塊9-3能夠平穩(wěn)運(yùn)行，如圖6所示，與此同時(shí)，自由落體鋼球碰撞塊10-2被 撞擊，圍繞自由落體碰撞塊轉(zhuǎn)動(dòng)軸10-21轉(zhuǎn)動(dòng)，自由落體鋼球10-1自由落下，二者均采用碰 撞塊，是人為創(chuàng)造了相同條件，W保證二鋼球同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。
[0034] 自由落體鋼球的固定與自由落體原理：
[0035] 自由落體鋼球10-1所受重力Pi,自由落體碰撞塊10-2通過(guò)支點(diǎn)10-21A對(duì)自由落體 鋼球10-1產(chǎn)生一個(gè)支持力Fi,墻壁對(duì)自由落體鋼球10-1產(chǎn)生一個(gè)彈力F2,則Fi與F2合力為F， 由于F和Pi均在豎直方向上，F(xiàn) = P2,因此，自由落體鋼球處于穩(wěn)定狀態(tài);實(shí)驗(yàn)時(shí)，自由落體射 擊槍桿10-31被拉起，在自由落體射擊槍桿彈黃10-32彈性力作用下，自由落體射擊槍桿10-31撞擊自由落體鋼球碰撞塊10-2,自由落體鋼球碰撞塊10-2圍繞自由落體碰撞塊轉(zhuǎn)動(dòng)軸 10-21A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，自由落體碰撞塊與鋼球接觸支點(diǎn)10-20彈起，自由落體鋼球10-1就會(huì)自由下 落，如圖4所示。
[0036] 實(shí)驗(yàn)觀察與數(shù)據(jù)處理：
[0037] 1、觀察平拋鋼球與自由落體鋼球的下落過(guò)程中是否處于同一水平面上，W及是否 同時(shí)落地；
[0038] 2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，量出平拋鋼球與自由落體鋼球下落高度hi = h2, W及平拋鋼球飛 行的水平距離S(平拋鋼球拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)間距）；
[0039] 3、根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)公式h = l/2gt2,計(jì)算自由落體下落時(shí)間
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:包括自由落體槍管、平拋槍管、支 撐桿和底座，所述支撐桿固定在底座上，自由落體槍管和平拋槍管分別固定在支撐桿上端； 所述自由落體槍管內(nèi)設(shè)有自由落體射擊槍桿彈簧和自由落體射擊槍桿;平拋槍管內(nèi)設(shè)有平 拋射擊槍桿彈簧和平拋射擊槍桿，所述自由落體射擊槍桿和平拋射擊槍桿的后端均連接手 拉環(huán)，所述自由落體射擊槍桿彈簧和平拋射擊槍桿彈簧后端也連接手拉環(huán);所述自由落體 槍管的前端設(shè)有自由落體鋼球碰撞塊和配合的自由落體鋼球，所述平拋槍管的前端設(shè)有平 拋碰撞滑塊和配合的平拋鋼球。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:所述平拋槍管的 前端設(shè)有平拋碰撞塊移動(dòng)滑槽用于限位平拋碰撞塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:所述底座上還設(shè) 有平衡穩(wěn)固塊。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:所述自由落體鋼 球的球心與平拋鋼球的球心位于同一水平面上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種平拋鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)儀，包括自由落體槍管、平拋槍管、支撐桿和底座，所述支撐桿固定在底座上，自由落體槍管和平拋槍管分別固定在支撐桿上端；所述自由落體槍管內(nèi)設(shè)有自由落體射擊槍桿彈簧和自由落體射擊槍桿；平拋槍管內(nèi)設(shè)有平拋射擊槍桿彈簧和平拋射擊槍桿，所述自由落體射擊槍桿和平拋射擊槍桿的后端均連接手拉環(huán)，所述自由落體射擊槍桿彈簧和平拋射擊槍桿彈簧后端也連接手拉環(huán)；所述自由落體槍管的前端設(shè)有自由落體鋼球碰撞塊和配合的自由落體鋼球，所述平拋槍管的前端設(shè)有平拋碰撞滑塊和配合的平拋鋼球。本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)合理，實(shí)驗(yàn)效果好。
【IPC分類】G09B23/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105528942
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610056223
【發(fā)明人】張銳波
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)城市學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日