專利名稱:多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
本實(shí)用新型屬于一種物理力學(xué)教學(xué)儀器。
目前，在中學(xué)物理教學(xué)中，講述動(dòng)能定理、功能原理、動(dòng)量定理三項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，既無(wú)演示實(shí)驗(yàn)儀，也無(wú)分組實(shí)驗(yàn)儀，完全用抽象理論講述進(jìn)行教學(xué)；講述牛頓第二定律，機(jī)械能守恒定律及測(cè)滑動(dòng)摩擦系數(shù)時(shí)，分別采用圖1、圖2、圖3所示儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用圖1所示儀器進(jìn)行牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，是通過(guò)兩分組實(shí)驗(yàn)演示的，一是當(dāng)外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比，另一組是當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，加速度與外力成正比，學(xué)生難以綜合得出合外力矢量和等于質(zhì)量與沿合力方向加速度的乘積的整體概念，此外圖1所示儀器，實(shí)驗(yàn)時(shí)，只有一個(gè)外力作用在物體上，不便于學(xué)生掌握合外力的概念，且圖1、圖2所示儀器都利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，利用均加速運(yùn)動(dòng)的物體在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的即時(shí)速度的原理。求各點(diǎn)速度，不利于學(xué)生對(duì)即時(shí)速度的直觀理解。以上實(shí)驗(yàn)原理，科學(xué)性不夠強(qiáng)，采用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)重復(fù)、陳舊，不利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性及對(duì)新的科學(xué)技術(shù)的吸收。每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)各用一套儀器，不便于貯存、搬運(yùn)。
本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)以上所述之不足，而提高一種直觀、準(zhǔn)確、便于學(xué)生理解力學(xué)中矢量、合力及運(yùn)動(dòng)學(xué)中即時(shí)速度等重點(diǎn)概念，掌握系統(tǒng)的力學(xué)規(guī)律與研究方法，可在一儀器上綜合作出上述六個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。
本實(shí)用新型的解決方案是通過(guò)以下途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的將一端裝有滑輪面上放置小車，跨過(guò)滑輪的細(xì)繩與小車一端拉環(huán)連接，另一端懸吊一砝碼盤的實(shí)驗(yàn)板連在一可使實(shí)驗(yàn)板與水平面成一45°以下的可疊式底座之底板一端；實(shí)驗(yàn)板一側(cè)安裝光桿支座，光桿通過(guò)螺釘緊固在其上，光電計(jì)時(shí)器的光電門可在光桿上任意位置固定，且在安裝光電門同側(cè)貼有刻度尺；小車上下兩面分別裝有四個(gè)靈活滾輪及四片滑動(dòng)定向片，靠光電門的一側(cè)安裝一片或兩片“┐”形遮光片或在兩片“┐”形遮光片上安裝一長(zhǎng)遮光片，兩端各裝一拉環(huán)，這樣小車在實(shí)驗(yàn)板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，將受到重力、摩擦力、繩拉力多個(gè)外力作用，即時(shí)速度可通過(guò)光電計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，在遮光片寬很窄的情況下，準(zhǔn)確得到；且通過(guò)調(diào)整可疊式支座及裝拆小車遮光片、分別用小車有滾輪及有滑動(dòng)定向片兩面即能綜合作出上述六個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)板上沿長(zhǎng)度方向設(shè)計(jì)兩條與小車滾輪或滑動(dòng)定向片寬度間距等寬的直槽，有利于小車作直線運(yùn)動(dòng)。準(zhǔn)確地使遮光片通過(guò)光電計(jì)時(shí)器。
可疊式底座包括一個(gè)一端與實(shí)驗(yàn)板鉸連，另一端與支撐板鉸連的底板及一個(gè)一端與底板鉸連，通過(guò)鉸連中心向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°擱在實(shí)驗(yàn)板下?lián)鯄K內(nèi)可將實(shí)驗(yàn)板支成與水平面成一定夾角的支撐板。
可疊式底座底板上與實(shí)驗(yàn)板連接端設(shè)計(jì)成一方凸臺(tái)，厚度與支撐板厚相等，且在底板上設(shè)計(jì)有四個(gè)保證底板水平的支撐調(diào)整螺釘，支撐板長(zhǎng)度比底板略短，上開(kāi)有與底板上前兩調(diào)整螺釘對(duì)應(yīng)的沉頭圓孔，后兩調(diào)整螺釘頭剛好落在支撐板比底板所短空間內(nèi)，這樣有利于儀器攜帶，貯存，并有利于實(shí)驗(yàn)板水平放置。
本實(shí)用新型將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖3、圖4所示，可疊式底座由一端具有凸方臺(tái)，板上具有調(diào)整螺釘?shù)牡装?11)及與底板(11)鉸連的帶調(diào)整螺釘沉頭孔且能使實(shí)驗(yàn)板在其上固定時(shí)，與底平面成30°夾角的支撐板(12)組成。支撐板(12)折疊時(shí)，剛好與底板(11)方凸臺(tái)平面成一平面，便于平穩(wěn)地?cái)R置實(shí)驗(yàn)板(13)。實(shí)驗(yàn)板(13)一端具有一防止小車?yán)^續(xù)下滑方凸臺(tái)，且這端與底板(11)鉸連，另一端裝有滑輪(18)，底面上具有一使支撐板(12)固定的擋塊，實(shí)驗(yàn)板(13)上面沿長(zhǎng)度方向開(kāi)有兩條小車直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向直槽，一側(cè)面安裝有兩光桿支架座，支架座上安裝有光桿(7)，光電計(jì)時(shí)器的光電門(16)可在其上任一位置調(diào)整。同側(cè)面貼有位移刻度尺。細(xì)繩跨過(guò)滑輪(18)一端懸掛砝碼盤(19)，另一端通過(guò)掛鉤鉤在小車(14)拉環(huán)上。為了使小車(14)兩面使用分別根據(jù)需要作上述六個(gè)實(shí)驗(yàn)，小車(14)上面設(shè)計(jì)有四片滑動(dòng)定向片；下面設(shè)計(jì)有四個(gè)滾輪可在實(shí)驗(yàn)板(13)直槽中靈活滾動(dòng)或滑動(dòng)；且兩端都具有掛鉤；側(cè)面具有可通過(guò)光電門(16)的二個(gè)“┐”形遮光片(15)及兩“┐”形遮光片上具有一長(zhǎng)遮光片，它們分別根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)需要裝拆。
當(dāng)測(cè)定滑動(dòng)摩擦系數(shù)或滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將實(shí)驗(yàn)板(13)架在支撐板(12)上，使θ＝30°，將小車(14)安有定向片的一面朝下放置在實(shí)驗(yàn)板(13)的直槽內(nèi)，拆掉長(zhǎng)遮光片及一個(gè)“┐”形遮光片，在砝碼盤(19)內(nèi)輕輕放置砝碼，使之與小車(14)對(duì)繩的拉力平衡，輕輕啟動(dòng)小車(14)，目測(cè)其作勻速運(yùn)動(dòng)，再將光電計(jì)時(shí)器(16)固定在光桿上任意位置，測(cè)量遮光時(shí)間，判斷小車作勻速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)測(cè)得小車質(zhì)量M；斜面傾角θ＝30°，砝碼及砝碼盤重量為m1，則可得滑動(dòng)摩擦系數(shù)u＝ (2m1-n)/(2Mcosθ) ，滑動(dòng)摩擦力f＝F拉－MgSinθ＝m1g－ 1/2 Mg。
進(jìn)行動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證W外＝△EK時(shí)，保持上述實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)整，在砝碼盤(18)中再加砝碼m2，小車(14)在拉力F＝(m1＋m2)(g－a)及摩擦力f及重力Mg作用下作勻加速運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)光電計(jì)時(shí)器，測(cè)得相距為S兩處的小車(14)上固定的一塊“┐”形遮光片通過(guò)時(shí)的遮光時(shí)間△t，并測(cè)出“┐”形遮光片(15)寬度L，則由即時(shí)速度V即＝lim (L)/(△t→O△t) 得出，相距S兩處的即時(shí)速度V1＝ (L)/(△t1) ，V2＝ (L)/(△t2) ，外力所作的功W外＝(F－f－MgSinθ)，S＝m2gS－ 1/2 (m1＋m2)·(V22－V21)，再直接計(jì)算小車的動(dòng)能增量△Eu為 1/2 M。(V22－V21)，若W外＝△EK便驗(yàn)證了動(dòng)能定律。
驗(yàn)證機(jī)械能守恒定理△E＝0時(shí)，實(shí)驗(yàn)儀器仍按上述方法擱置，將小車(14)有滾輪一面朝下，取下砝碼盤，保證一塊“┐”形遮光片(15)能準(zhǔn)確通過(guò)光電計(jì)時(shí)器(16)，讓小車(14)由靜止沿斜槽滾下通過(guò)光電計(jì)時(shí)器，測(cè)得遮光時(shí)間△t及遮光片(15)寬度和小車(14)靜止處至光電計(jì)時(shí)器的垂直高度，計(jì)算Mgh及 1/2 MV2，便可驗(yàn)證△E＝0。
驗(yàn)證動(dòng)量定理時(shí)，實(shí)驗(yàn)板(13)仍按前面所述放置，將小車(14)有定向片一面朝下，使定向片落在直槽內(nèi)，將兩“┐”形遮光片(15)安在小車(14)側(cè)面前后位置，再將長(zhǎng)遮光片安在“┐”形遮光片上，使小車(14)在繩拉力作用下作勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)出長(zhǎng)遮光片即小車(14)通過(guò)光電計(jì)時(shí)器的時(shí)間t，計(jì)算出小車(14)受到的沖量(F拉－f－MgSinθ)t，再將長(zhǎng)遮光片取下放在小車(14)上，將小車(14)后面“┐”形遮光片向后轉(zhuǎn)90°，測(cè)出小車(14)前端速度V1，然后反之測(cè)出小車(14)后端速度V2，算出動(dòng)量△P＝M(V2－V1)，驗(yàn)證
合。t是否等于
。
驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，實(shí)驗(yàn)板(13)仍按上述擱置，拆下一片“┐”形遮光片，小車(14)有定向片一面朝下放置在實(shí)驗(yàn)板直槽內(nèi)，砝碼盤(19)內(nèi)加砝碼，其總重為m1，小車(14)質(zhì)量仍為M，使小車(14)由靜止起作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)出離小車(14)S處小車(14)上所裝一片“┐”形遮光片通過(guò)的時(shí)間△t及寬度L，計(jì)算出此處即時(shí)速度V1，再計(jì)算出加速度a＝ (V21)/(2S) ，則合外力為F合等于m1(g－a)－mgSinθ－f，再計(jì)算出Ma，驗(yàn)證
合＝
。
作功能原理實(shí)驗(yàn)時(shí)，將實(shí)驗(yàn)板(13)水平擱置在折疊后的支座上，小車(14)有定向片一面放置在實(shí)驗(yàn)板(13)導(dǎo)向直槽內(nèi)，仍保持一片“┐”形遮光片，砝碼盤內(nèi)加砝碼，使小車(14)作勻加速運(yùn)動(dòng)，小車(14)起始時(shí)靜止，通過(guò)位置
時(shí)，通過(guò)光電計(jì)時(shí)器(16)測(cè)得遮光片(15)遮光時(shí)間△t，量出遮光片(15)寬度L，可計(jì)算出這處的即時(shí)速度V，再計(jì)算外力所作的功W外為F拉。S－fS和所具有的動(dòng)能△EK＝ 1/2 MV2驗(yàn)證外力所作的功W外是否等于△EK。
圖4所示結(jié)構(gòu)為本實(shí)用新型的典型實(shí)施例，經(jīng)實(shí)驗(yàn)當(dāng)M＝235.7×10－3Kg，m1＝218×10－3Kg，m2＝50×10－3Kg，S＝150×10－3m，L＝9×10－3m時(shí)，作動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)，測(cè)得△t＝17×10－3S，外力所作的功W外＝m2gS－ 1/2 (m1＋m2)V2＝0.032J，動(dòng)能增量△EK＝ 1/2 MV2＝0.036J，誤差△＝△EK－W外＝0.004J。在實(shí)驗(yàn)允許范圍內(nèi)，能達(dá)到驗(yàn)證該實(shí)驗(yàn)的精確度。本儀器通過(guò)課堂進(jìn)行保密性教學(xué)實(shí)驗(yàn)，效果很好，直觀性強(qiáng)，可見(jiàn)度大，學(xué)生對(duì)重點(diǎn)力學(xué)概念有了具體、形象、透徹的理解，并增加了學(xué)習(xí)新技術(shù)、新知識(shí)的興趣，折疊式結(jié)構(gòu)，一儀多用簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)儀器。
圖1為已有牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)儀(高中物理〔甲種本〕第一冊(cè)106頁(yè))1.——紙條 2.——打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 3.——小車4.——砂桶圖2為已有機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)儀。
5.——重物 6.——紙條 7.——打點(diǎn)計(jì)時(shí)器圖3為已有滑動(dòng)摩擦系數(shù)及滑動(dòng)摩擦力測(cè)試儀。
8.——砝碼盤 9.——滑輪 10.——滑動(dòng)小車圖4為本多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀示意圖。
圖5為圖4的俯視圖
權(quán)利要求
1.一種多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，包括一底座，其上支承一塊一端帶滑輪(18)的實(shí)驗(yàn)板(13)，實(shí)驗(yàn)板(13)一側(cè)具有一計(jì)時(shí)裝置，且同一側(cè)面貼有位移刻度尺，上面放置小車(14)，小車(14)一端通過(guò)拉環(huán)與跨過(guò)滑輪(18)的細(xì)繩的一端相連，繩的另一端懸掛有一砝碼盤(19)，其特征在于所述底座包括一塊帶方形凸臺(tái)端與實(shí)驗(yàn)板(13)帶滑輪相反端鉸連的底板(11)、及一端與底板(11)另端鉸連，向內(nèi)折轉(zhuǎn)90°支承在實(shí)驗(yàn)板(13)下定位塊內(nèi)側(cè)可將實(shí)驗(yàn)板(11)支成與水平面成一45°以下角度的支撐板(12)。
2.據(jù)權(quán)利要求
1所述的多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述安裝在實(shí)驗(yàn)板(13)一側(cè)的計(jì)時(shí)裝置包括一通過(guò)止緊螺釘安裝在實(shí)驗(yàn)板(13)一側(cè)兩光桿支座孔中的光桿(7)，及通過(guò)支座止緊螺釘緊定可固定在光桿(7)上任意位置的光電計(jì)時(shí)器和安裝在小車(14)一側(cè)的遮光片(15)。
3.據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述底板(11)上具有四個(gè)可調(diào)整底板(11)水平的調(diào)整螺釘，方凸臺(tái)具有與支撐板(12)厚度相等的高度，支撐板(12)上具有兩個(gè)當(dāng)其與底板(11)折疊時(shí)正好沉下底板(11)上調(diào)整螺釘頭使實(shí)驗(yàn)板(13)能擱平的通孔。
4.據(jù)權(quán)利要求
1所述的多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述小車(14)上下兩面上分別是有四個(gè)靈活的滾輪及四片滑動(dòng)定向片，且滾輪與滑動(dòng)定向片兩兩寬度方向間距相等。
5.據(jù)權(quán)利要求
1或4所述的多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)板(13)上沿長(zhǎng)度方向具有兩條間距為小車(14)兩滾輪或滑動(dòng)定向片橫向間距，能使小車(14)上遮光片準(zhǔn)確過(guò)光電門計(jì)時(shí)器的光滑直導(dǎo)向槽。
6.據(jù)權(quán)利要求
5所述的多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述小車(14)上遮光片(15)包括通過(guò)螺釘固定在小車(14)一側(cè)面水平中線兩端的兩“┐”形遮光片及一連接在兩“┐”形遮光片上、需要時(shí)可拆下的長(zhǎng)形遮光片，并且小車兩端都具有掛環(huán)。
專利摘要
一種多用力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，屬于一種物理教學(xué)儀器。它由實(shí)驗(yàn)板(13)，底板(11)，支撐板(12)，可移動(dòng)、或固定的光電門(16)，小車(14)，遮光片(15)等組成，小車的上下兩面分別裝有滾輪及滑動(dòng)定向片。這種儀器可綜合作出動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、牛頓第二定律及機(jī)械能守恒定律和功能原理，測(cè)滑動(dòng)摩擦力和系數(shù)等力學(xué)實(shí)驗(yàn)，直觀性強(qiáng)，教學(xué)效果好。
文檔編號(hào)G09B23/00GK87204227SQ87204227
公開(kāi)日1988年4月6日 申請(qǐng)日期1987年5月16日
發(fā)明者文求林 申請(qǐng)人:文求林導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan