一種測速裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種測速裝置，包括豎直設(shè)置的真空玻璃管和測速儀，真空玻璃管的頂部密封，底部接有水管，真空玻璃管與水管成L形,水管的一端與真空玻璃管密封連接，水管的另一端設(shè)有抽氣接口；真空玻璃管的頂部外側(cè)設(shè)有磁鐵，真空玻璃管的頂部內(nèi)側(cè)對應(yīng)磁鐵處設(shè)有鐵塊；真空玻璃管外設(shè)有固定架,固定架包括底座和平板，底座通過調(diào)節(jié)桿與平板連接，該調(diào)節(jié)桿的一端與底座固定，另一端與平板活動連接；平板上設(shè)有固定桿，平板上設(shè)有固定孔，真空玻璃管穿過該固定孔，平板上設(shè)有與調(diào)節(jié)桿相對應(yīng)的調(diào)節(jié)孔，固定桿整體呈三棱錐形，真空玻璃管內(nèi)設(shè)有測壓儀。
【專利說明】
一種測速裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及物理學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種測速裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]功能原理始于機械能與外力和保守力做功，后引出機械能守恒定律和能量守恒定律。1847年，焦耳通過機械能轉(zhuǎn)化為熱能的裝置做了迄今仍被認(rèn)為是最好的實驗。利用重力勢能轉(zhuǎn)換為動能的原理來驗證功能轉(zhuǎn)換的實驗通過研究物體的自由落體運動，運用牛頓運動學(xué)公式與動能定理等進(jìn)行計算，分析計算結(jié)果與理論結(jié)果，之后進(jìn)行誤差分析驗證功能轉(zhuǎn)換。該實驗的主要難點在于物體末速度瞬時值的測量。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供了一種測速裝置。
[0004]本實用新型的一種測速裝置所采取的技術(shù)方案是，包括豎直設(shè)置的真空玻璃管和測速儀，所述真空玻璃管的頂部密封，底部接有水管，所述水管的一端與真空玻璃管密封連接，水管的另一端設(shè)有抽氣接口；所述真空玻璃管的頂部外側(cè)設(shè)有磁鐵，真空玻璃管的頂部內(nèi)側(cè)對應(yīng)磁鐵處設(shè)有鐵塊。
[0005]所述真空玻璃管與水管成L形。
[0006]所述真空玻璃管外設(shè)有固定架，所述固定架包括底座和平板，所述底座通過調(diào)節(jié)桿與平板連接，該調(diào)節(jié)桿的一端與底座固定，另一端與平板活動連接;所述平板上設(shè)有固定桿。
[0007]所述平板上設(shè)有固定孔，真空玻璃管穿過該固定孔。
[0008]所述平板上設(shè)有與調(diào)節(jié)桿相對應(yīng)的調(diào)節(jié)孔。
[0009]所述固定桿整體呈三棱錐形。
[0010]所述真空玻璃管內(nèi)設(shè)有測壓儀。
[0011 ]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0012]1、本實用新型的測速裝置利用真空環(huán)境測量物體下落速度，能最大程度上排除外界因素對物體自由落體運動的干擾，提高了測量準(zhǔn)確性。
[0013]2、本實用新型的測速裝置在玻璃管內(nèi)部設(shè)有測壓儀，實時監(jiān)測玻璃管內(nèi)部的氣壓，避免了空氣重新進(jìn)入玻璃管引起的測量數(shù)據(jù)誤差。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖，對本實用新型的一種測速裝置做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0016]如圖1所示，本實用新型的一種測速裝置包括豎直設(shè)置的真空玻璃管I和測速儀10，真空玻璃管I的頂部密封，底部接有水管2，真空玻璃管I與水管2成L形，水管2的一端與真空玻璃管I密封連接，水管2的另一端設(shè)有抽氣接口 3;真空玻璃管I的頂部外側(cè)設(shè)有磁鐵4，真空玻璃管I的頂部內(nèi)側(cè)對應(yīng)磁鐵4處設(shè)有鐵塊5。真空玻璃管I外設(shè)有固定架，固定架包括底座6和平板7，底座6通過調(diào)節(jié)桿8與平板7連接，該調(diào)節(jié)桿8的一端與底座6固定，另一端與平板7活動連接;平板7上設(shè)有固定桿9，平板7上設(shè)有固定孔，真空玻璃管I穿過該固定孔，平板7上設(shè)有與調(diào)節(jié)桿8相對應(yīng)的調(diào)節(jié)孔，固定桿9整體呈三棱錐形，真空玻璃管I內(nèi)設(shè)有測壓儀。
[0017]利用重力勢能轉(zhuǎn)換為動能的原理來驗證功能轉(zhuǎn)換的實驗通過研究物體的自由落體運動，運用牛頓運動學(xué)公式與動能定理等進(jìn)行計算，分析計算結(jié)果與理論結(jié)果，之后進(jìn)行誤差分析驗證功能轉(zhuǎn)換。
[0018]本實用新型的一種測速裝置用硬度較大的銅板封住豎直的真空玻璃管上端，而真空玻璃管的下端用真空袋出氣口進(jìn)行改裝，這樣便能對透明管進(jìn)行抽氣實現(xiàn)真空環(huán)境；用計時計數(shù)測速儀測量鐵塊自由下落時經(jīng)過光電門的時間，通過測量鐵塊的直徑計算其其瞬時速度。
[0019]使用前用永磁鐵吸住鐵塊，保證初速度為零，待準(zhǔn)備完畢之后，輕輕拿走永磁鐵，這時鐵塊便能做初速度為零的自由落體運動。
[0020]可行性驗證:
[0021 ]在真空中，鐵塊下落屬于自由落體，速度V與位移h的關(guān)系:V2-VQ2=2gh，在湛江地區(qū)，其中
[0022]g=9.8061 X (1-2.64 X 13 X cos2_7 X 13 X cos22it)-3.086 X 10—6 XZ；
[0023]其中Φ是湛江的瑋度值，Z是湛江海拔的高度。經(jīng)過查找資料，其中Φ=21.2度，廣東海洋大學(xué)的海拔高度大概是Z=80m。得出g=9.7869。
[0024]當(dāng)拿開永磁鐵時，鐵塊以初速度O下落，利用光電門可以測量出某處透明管小鋼珠的瞬時速度(通過小鋼珠經(jīng)過光電門的時間計算)，記錄下實驗數(shù)據(jù)。利用有用的公式:V2=2gh與由動能定理:l/2mv2=mgh，可計算出理論速度數(shù)值，當(dāng)小鋼球速度理論值V和鐵塊的瞬時速度測量值V在誤差范圍內(nèi)，可知，能量守恒定律是正確的。由此可知，本裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，理論成熟，具有可行性。
[0025]本實用新型所用部件有計時計數(shù)測速儀(JMS-1)，真空玻璃管1.80cmX 80.0cm，鐵塊，真空袋，抽氣筒，銅柱，銅板，碳素桿，碳纖線等。
[0026]計時計數(shù)測速儀:
[0027]一、概述
[0028]JMS-1計時計數(shù)測速儀具有存儲功能，時基精度高(微秒級)的測量時間間隔的數(shù)字計量儀器，它可做計數(shù)、計時等使用。
[0029]本儀器采用MCS-51單片微型計算機為核心，智能度高，數(shù)據(jù)存儲和處理能力強，操作簡便，小數(shù)點、單位和量程自動定位、換檔，且自動進(jìn)入四舍五入智能化顯示數(shù)據(jù)。除了具有一般計時器的功能外，與QDG-2型氣墊導(dǎo)軌、自由落體實驗儀、轉(zhuǎn)動慣量實驗儀等配合使用，還能測量速度、加速度、重力加速度、角加速度、周期等物理量和碰撞等實驗，并直接顯示實驗的速度和加速度及角加速度的值。
[0030]二、技術(shù)性能
[0031]1、工作條件
[0032]電源為交流電，22(^(1±10%穴，5(^(1±5%)取。
[0033]環(huán)境溫度為-1 O Γ?+40 Γ。
[0034]相對濕度不大于85% (40 Γ )。
[0035]工作時間為連續(xù)工作。
[0036]2、外形尺寸:約 230mmx210mmxl00mm;重量:約 2.5kg。
[0037]三、操作使用說明
[0038]1、實驗前準(zhǔn)備工作，光電門和顯示器件的自檢。
[0039]I)實驗前準(zhǔn)備工作
[0040]①將兩個光電門插頭插入I號、2號光電門插座；
[0041]②接上220V交流電源，打開電源開關(guān)；
[0042]③開機后自動進(jìn)入自檢狀態(tài)；
[0043]④依次按【功能】鍵，選擇需要的實驗功能。
[0044]2)光電門和顯示器件的自檢
[0045]開機或按功能鍵選擇自檢功能，都將進(jìn)入自檢狀態(tài):當(dāng)光電門沒有故障時，屏幕循環(huán)顯示各顯示器件；當(dāng)光電門發(fā)生故障時(如:接觸不良、損壞、遮擋光電門或光電門輸入電路出現(xiàn)故障等)，屏幕將閃爍著該光電門的號碼，不做循環(huán)顯示工作。這時，必須先排除故障，程序才能繼續(xù)運行。
[0046]2、功能選取與說明
[0047]由于測速儀的測速原理是通過計算擋光片擋光時間進(jìn)而測算速度，而擋光片的長度是lcm，也就是說測速儀在出廠時的程序已經(jīng)限定了光電門的寬度，而我們的鐵塊的直徑并不是lcm，所以若選用s2即測速檔位誤差將會很大，所以我們選取SI即測擋光時間檔位，通過測出鐵塊直徑便可計算出方塊瞬時速度。SI檔位使用說明(其他功能無需用到，此處不贅述)如下:
[0048]用擋光片對任意一個光電門依次遮光，屏幕依次顯示出遮光次數(shù)和遮光時間。
[0049]可連續(xù)作I?255次實驗，但只存儲前10個數(shù)據(jù)。
[0050]按停止鍵，立即循環(huán)顯示存儲的時間數(shù)據(jù)。
[0051]按清零鍵，清除所有實驗數(shù)據(jù)，又可重新做實驗。
[0052]本實驗使用的真空玻璃管為有機玻璃管，又稱亞克力管(PMMA)，采用LG850原料制作，無色透明；透明管全長約80cm，夕卜徑1.80cm,內(nèi)徑1.60cmo
[0053]本實驗所用鐵塊重3.50g，邊長0.90cm。
[0054]真空袋為日常所用的真空袋，本次實驗利用真空袋出氣口的設(shè)計嵌入透明管的尾端，再利用抽氣筒進(jìn)行抽氣實現(xiàn)管中的真空環(huán)境。
[0055]其他器材
[0056]銅柱，銅板，碳素桿等用于固定裝置，固定材料采用熱熔膠與高強度的AB膠。永磁鐵用于隔空吸住真空玻璃管中的鐵塊，控制其初始速度為零。碳纖線用于懸掛重物進(jìn)行測量透明管的豎直程度，防止鐵塊下落時與管壁，減小實驗誤差。
[0057]固定支架
[0058]本實驗裝置底座采用家具木質(zhì)平板，因為家具木質(zhì)平板質(zhì)量重，平板平整度高，作為底座材料較為理想。而支架由兩部門組成，分別為調(diào)節(jié)部分與固定部分。調(diào)節(jié)部分位于平板下方，用銅柱將平板與底座進(jìn)行連接，調(diào)節(jié)時配合碳纖線懸掛重物的鉛垂線原理對裝置整體實現(xiàn)調(diào)節(jié)。由于銅柱硬度高，又可靈活調(diào)節(jié)，既能實現(xiàn)調(diào)節(jié)豎直功能，又能使裝置更加穩(wěn)定，所以我們選取銅柱作為連接底座進(jìn)行調(diào)節(jié)的材料;固定部分位于平板上方，采用質(zhì)量輕強度大的碳素桿，同時固定方案利用三角形的穩(wěn)定性制作，使裝置更加穩(wěn)定。
[0059]抽氣接口
[0060]抽氣接口通過水管進(jìn)行90度轉(zhuǎn)接，將接口置于底座之外，便于抽氣工作的進(jìn)行，也減小對裝置的影響。抽氣口用真空袋抽氣口進(jìn)行改裝，通過用高強度的AB膠固定，這樣就能方便實現(xiàn)對透明管進(jìn)行抽真空操作了。
[0061]鉛垂線調(diào)節(jié)豎直度
[0062]本裝置調(diào)節(jié)透明管豎直度采用的是鉛垂線原理，利用碳纖線一端懸掛重物實現(xiàn)對裝置豎直度的檢測，再配合裝置調(diào)節(jié)支架進(jìn)行調(diào)整。
[0063]調(diào)節(jié)裝置
[0064]1、根據(jù)鉛垂線原理，旋轉(zhuǎn)鋼鐵支柱調(diào)整整個裝置的豎直程度；
[0065]2、用抽氣筒對裝置進(jìn)行抽氣，直到感覺抽氣筒抽氣力度沒什么變化時，基本證明透明管中相對真空；
[0066]3、打開光電門，檢查光電門是否正常工作，并調(diào)到測量時間的檔位Si，將光電門套在透明管預(yù)先標(biāo)記的位置；
[0067]4、用永磁鐵吸住鐵塊，使鐵塊位于透明管中心位置，并且初速度為零；
[0068]5、準(zhǔn)備妥當(dāng)后，輕輕拿走永磁鐵，光電門記錄下鐵塊經(jīng)過一次光電門的時間，記錄實驗數(shù)據(jù)；
[0069]6、重復(fù)測量多組數(shù)據(jù)并記錄。
[0070]注意事項
[0071]1、應(yīng)盡量調(diào)節(jié)透明管位于豎直方向，防止鐵塊下落時觸碰管壁而引起的誤差。
[0072]2、光電門與鐵塊應(yīng)盡量放置在透明管中心，使紅外光速穿過透明管中心位置而鐵塊沿著透明管軸線下落，防止鐵塊下落時記錄不到數(shù)據(jù)或者因為鐵塊下落時位置的偏離而使速度誤差范圍變大；
[0073]3、拿走永磁鐵時速度要快，并且盡量向著豎直方向移開，減少磁性吸力引起鐵塊水平方向上的位移產(chǎn)生誤差，或磁場影響鐵塊重力加速度。
[0074]4、每一組實驗應(yīng)在短時間內(nèi)進(jìn)行測量，防止時間過長空氣重新進(jìn)入透明管中而引起的實驗誤差。
[0075]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種測速裝置，其特征在于:包括豎直設(shè)置的真空玻璃管(I)和測速儀(10)，所述真空玻璃管(I)的頂部密封，底部接有水管(2)，所述水管(2)的一端與真空玻璃管(I)密封連接，水管(2)的另一端設(shè)有抽氣接口(3);所述真空玻璃管(I)的頂部外側(cè)設(shè)有磁鐵(4)，真空玻璃管(I)的頂部內(nèi)側(cè)對應(yīng)磁鐵(4 )處設(shè)有鐵塊(5 )。2.如權(quán)利要求1所述的一種測速裝置，其特征在于:所述真空玻璃管(I)與水管(2)成L形。3.如權(quán)利要求2所述的一種測速裝置，其特征在于:所述真空玻璃管(I)外設(shè)有固定架。4.如權(quán)利要求3所述的一種測速裝置，其特征在于:所述固定架包括底座(6)和平板(7)，所述底座(6)通過調(diào)節(jié)桿(8)與平板(7)連接，該調(diào)節(jié)桿(8)的一端與底座(6)固定，另一端與平板(7)活動連接;所述平板(7)上設(shè)有固定桿(9)。5.如權(quán)利要求4所述的一種測速裝置，其特征在于:所述平板(7)上設(shè)有固定孔，真空玻璃管(I)穿過該固定孔。6.如權(quán)利要求5所述的一種測速裝置，其特征在于:所述平板(7)上設(shè)有與調(diào)節(jié)桿(8)相對應(yīng)的調(diào)節(jié)孔。7.如權(quán)利要求6所述的一種測速裝置，其特征在于:所述固定桿(9)整體呈三棱錐形。8.如權(quán)利要求7所述的一種測速裝置，其特征在于:所述真空玻璃管(I)內(nèi)設(shè)有測壓儀。
【文檔編號】G01P3/00GK205670402SQ201620000517
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年1月3日
【發(fā)明人】陳春雷, 王慧, 石友彬, 謝釗新, 莫李策, 梁國海
【申請人】廣東海洋大學(xué)