本發(fā)明涉及一種物理實驗裝置，尤其涉及一種牛頓第一定律實驗裝置。
背景技術(shù)：
在中學(xué)物理教學(xué)中，牛頓第一定律是一個重要學(xué)習(xí)內(nèi)容。牛頓第一定律表明，一切物體在沒有受到力的作用時(合外力為零時)，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態(tài)。
由于地球引力的存在，沒有受到外力作用的物體并不存在，所以驗證牛頓第一定律的實驗中，很重要的一點是驗證物體在受到合外力為零的力的作用時，總保持勻速直線運動狀態(tài)。由于摩擦力的存在，很難得到純粹的物體做勻速直線運動狀態(tài)，常見的較為準(zhǔn)確的是利用氣墊導(dǎo)軌，讓小車通過不同的光電門，所用時間相同，說明在摩擦阻力極小、忽略空氣阻力情況下，小車近似勻速直線運動。但是這種方法一是設(shè)備較大，需要專門的場地才能進行；二是實驗中噪音很大，影響環(huán)境，影響實驗教學(xué)的效果；三是實驗結(jié)果并不準(zhǔn)確，因為小車確實不是在做勻速直線運動，光電門所測得的是小車運行到不同位置區(qū)間時的速度，由于摩擦力、空氣的粘滯阻力等影響，所以小車通過各個光電門所在的位置區(qū)間所用的時間并不相等，有時差距很大，難以讓學(xué)生相信小車是在做勻速直線運動。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種實驗裝置，物體在受到合外力為零的力的作用時，總保持勻速直線運動狀態(tài)，從而精確的驗證牛頓第一定律。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
實驗裝置結(jié)構(gòu)，一種牛頓第一定律實驗裝置，如圖1所示，包括：
玻璃筒1、凹面罩2、小球3、第一光電門4、第二光電門5、支柱6、底座7。
所述的玻璃筒1為厚壁圓玻璃筒，內(nèi)徑為3厘米，長60厘米，壁厚0.5厘米。
所述的支柱6上標(biāo)有刻度尺，和底座7保持垂直狀態(tài)，從上到下依次安裝有第一光電門4與第二光電門5，各個光電門可以在立柱6上自由移動，并可通過刻度尺讀出兩個光電門之間的距離。
所述的第一光電門4、第二光電門5均套裝在支柱6上，并與計時裝置連接。
作為優(yōu)選，計時裝置選擇ha8-j0201-cc型數(shù)字計時器，工作電源ac220±10％v50hz，計時精度0.1ms，檢測探頭2路。
ha8-j0201-cc型數(shù)字計時器具有“s1”計時工作狀態(tài)：任一光電門遮光時開始計時，遮光結(jié)束后停止計時，儀器屏幕依次顯示出遮光次數(shù)和遮光時間。
本發(fā)明中，所用的光電門發(fā)光裝置和接收裝置之間距離等于玻璃筒外徑，玻璃筒1從發(fā)光裝置和接收裝置之間穿過，發(fā)光裝置發(fā)出的光線恰好通過圓玻璃筒1的軸線。
所述的小球3為鋁制輕質(zhì)金屬球，直徑為1厘米。
所述的凹面罩2為塑料制成的漏斗形，小端向下蓋在玻璃筒1的上端部，中心圓孔的直徑略大于小球3的直徑，小球3能通過圓孔較準(zhǔn)確的落入玻璃筒1的中心處。
所述的牛頓第一定律實驗裝置使用時，還需配備液體介質(zhì)，如透明的縫紉機油1000毫升。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的牛頓第一定律實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，沒有噪音，不需要小球3下落的液體為無限寬廣，小球直徑大而光電門發(fā)光裝置和接收裝置之間距離小，容易實現(xiàn)小球的遮光計時，實驗成功率高。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例提供的牛頓第一定律實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、玻璃筒，2、凹面罩，3、小球，4、第一光電門，5、第二光電門，6、支柱，7、底座。
具體實施方式
下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
首先向玻璃筒1內(nèi)加入已備好的縫紉機油至略低于玻璃筒1的管口，當(dāng)凹面罩2小端向下蓋在玻璃筒1的上端部時，凹面罩2的底部和油面平齊，這樣在后面所述實驗中，即保證了小球3從同一高度下落到液體中，也可減小小球?qū)σ后w的沖擊作用。
然后將實驗裝置置于水平的平臺上，目的是為了使得玻璃筒1處于和水平面保持垂直狀態(tài)，這樣才能保證小球3始終沿著玻璃筒1的中心位置自由下落，也使得小球3所受到筒壁影響產(chǎn)生的橫向力相互抵消，保證了筒壁對小球所產(chǎn)生作用力的合力方向向上。
在正式測量前，需要大致判斷出小球3下落受力達到平衡時的位置，具體操作是將鋁質(zhì)金屬小球3通過凹面罩2投入裝滿縫紉機油的玻璃筒1的中心處，小球3在縫紉機油內(nèi)自由下落，小球3由初速度為零開始速度逐漸增大，當(dāng)速度達到最大值時，小球3所受到的合外力為零，開始以的恒定速度做勻速直線運動，通過觀察即可判定小球3在縫紉機油內(nèi)開始做勻速運動的位置，在玻璃筒1上相對于此位置做出標(biāo)記，即在玻璃筒1上畫一條橫線。然后將第一光電門4、第二光電門5調(diào)整至該橫線以下，并保持二光電門之間距離大約20厘米左右。注意小球3在接近玻璃筒1的底部時，因筒底對液體的擠壓作用，使得液體的粘滯阻力逐漸增大，小球3所受到的合外力不再為零，不是勻速直線運動狀態(tài)，所以第二光電門5應(yīng)在距離玻璃筒1底部約10厘米以上。
將ha8-j0201-cc型數(shù)字計時器置于“s1”狀態(tài)。當(dāng)小球3通過第一光電門4，遮光時開始計時，遮光結(jié)束后停止計時，小球3繼續(xù)通過第二光電門5，同樣遮光時開始計時，遮光結(jié)束后停止計時，儀器屏幕依次顯示出遮光次數(shù)和遮光時間，可以看出小球通過兩個光電門時遮光時間是相等的。通過測量小球3的直徑，則小球3的直徑除以遮光時間，即為小球3的運行速度，可以得到小球3通過第一光電門4、第二光電門5運行速度相等。所以小球3下落速度達到最大時，所受合外力為零，小球3保持在這一速度下做勻速直線運動。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的牛頓第一定律實驗裝置具有如下特點：
(1)小球3自由下落達到平衡時，所受到的合外力為零，被測物體不是做近似的勻速運動，而是真實的在做勻速直線運動，數(shù)字計時裝置又具有較高的精度，所以通過本發(fā)明的裝置可以精確驗證牛頓第一定律，并可作為產(chǎn)生勻速直線運動的通用裝置用于其它實驗中。
(2)小球3在液體中自由下落時，因為盛放液體的玻璃筒1內(nèi)徑做得很小，小球3的直徑做得較大，而光電門尺寸也較小，較容易的保證小球下落時通過光電門發(fā)光裝置發(fā)出的光線，實現(xiàn)遮光計時。所以調(diào)整方便，操作快捷，成功率高。
(3)改變小球3的質(zhì)量，或?qū)⒖p紉機油改換為粘滯系數(shù)不同的其它液體，小球3勻速下落的速度數(shù)值發(fā)生改變，但仍為勻速直線運動。
通過該實驗可以精確地證明牛頓第一定律，即一切物體在沒有受到力的作用時(合外力為零時)，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。