平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型專利設(shè)及實驗儀，尤其設(shè)及一種平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 平拋運動是中學物理教材運動學中的一個重要概念，教師在教學中，為了讓學生 明白，在不考慮阻力的情況下，平拋運動的物體可W分解為水平方向的勻速直線運動和豎 直方向的自由落體運動。通常使用的傳統(tǒng)的實驗演示儀器如圖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觀察平拋運動，但無法透徹地研究平拋運動規(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號球被彈出做 平拋運動，同時1號球自由落體，但是，在實驗操作過程中不很穩(wěn)定，實驗精度不很高，二球 落地點相距較遠，不利于比較，效果不佳。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，實驗效果好的平 拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了 W下技術(shù)方案：
[0005] 運種平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀，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運動之目的。
[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] 本實用新型的有益效果是：
[0010] 1)設(shè)計了平拋碰撞塊是為了保證自由落體碰撞過程與平拋碰撞過程作用時間相 同，W保證平拋鋼球與自由落體鋼球同時從同一高度開始運動；
[0011] (2)設(shè)計了平拋鋼球質(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加速。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型結(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)有的平拋實驗演示儀視圖；
[0023] 圖10是現(xiàn)有的平拋實驗演示儀視圖；
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合實施例對本實用新型做進一步描述。下述實施例的說明只是用于幫助理 解本實用新型。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理 的前提下，還可W對本實用新型進行若干改進和修飾，運些改進和修飾也落入本實用新型 權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
[0025] 如圖1所示，為完全機械式平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀。1、底座調(diào)平支腿，2、支 桿固定螺絲，3、底座，4、實驗儀平衡穩(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，10-21、自由落體碰撞塊轉(zhuǎn)動軸，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；10-21、自由落體碰撞塊轉(zhuǎn)動軸;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1所 示;將自由落體鋼球10-1懸夾在自由落體鋼球碰撞塊10-2的鋼球接觸支點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，在實驗儀底座上放上平拋實驗儀平衡穩(wěn)固塊4。 儀器制作要求:平拋鋼球與自由落體鋼球質(zhì)屯、處在同一個水平面上，即hi=h2。如圖1所示。
[0031] 2、操作步驟
[0032] 在平拋實驗儀安裝好后。實驗時，在自由落體鋼球和平拋鋼球落地點鋪一塊木板， 木板上鋪一張白紙，其上再鋪一張復寫紙。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具有較大彈性勢能，如圖3所示;此時，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 動，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作平拋運動，同時 自由落體碰撞塊10-2圍繞自由落體碰撞塊10-2轉(zhuǎn)動軸10-21轉(zhuǎn)動，鋼球接觸支點10-20被彈 起，自由落體鋼球10-1就會自由下落，運樣平拋鋼球9-1與自由落體鋼球10-1同時開始在空 中運動，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在運動過程中，始終處在 同一水平面上，如圖5所示；最終會同時落在復寫紙上，從而在白紙上印上痕跡，如圖6所 /J、- 〇
[0033] 需要說明的是:設(shè)計的平拋碰撞塊滑頭9-31在平拋碰撞塊移動滑槽9-2中滑動，是 為了保證平拋碰撞塊9-3能夠平穩(wěn)運行，如圖6所示，與此同時，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)動軸10-21轉(zhuǎn)動，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保證二鋼球同時開始運動。
[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通過支點10-21A對自由落體 鋼球10-1產(chǎn)生一個支持力Fi，墻壁對自由落體鋼球10-1產(chǎn)生一個彈力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);實驗時，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)動軸 10-21A點轉(zhuǎn)動，自由落體碰撞塊與鋼球接觸支點10-20彈起，自由落體鋼球10-1就會自由下 落，如圖4所示。
[0036] 實驗觀察與數(shù)據(jù)處理：
[0037] 1、觀察平拋鋼球與自由落體鋼球的下落過程中是否處于同一水平面上，W及是否 同時落地；
[0038] 2、根據(jù)實驗步驟，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(平拋鋼球拋出點與落地點間距）；
[0039] 3、根據(jù)自由落體運動公式h = l/2gt2,計算自由落體下落時情
[0040]因為hi = h2,故平拋鋼球水平運動速度夫
【主權(quán)項】
1. 一種平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀，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所述的平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀，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所述的平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀，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所述的平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀，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】本實用新型涉及一種平拋鋼球運動規(guī)律研究實驗儀，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。本實用新型的有益效果是：結(jié)構(gòu)合理，實驗效果好。
【IPC分類】G09B23/10
【公開號】CN205334829
【申請?zhí)枴緾N201620079908
【發(fā)明人】張銳波
【申請人】浙江大學城市學院
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月27日