CN104485046B - 质量守恒定律实验装置 - Google Patents

Abstract

一种质量守恒定律实验装置由天平、砝码、密封透明容器及置于该透明容器内的磁力隔空倾倒机构组成，所述磁力隔空倾倒机构主要由可折叠的左、右支架、可带动勺子转动的转轴和设在转轴一端向下外延部端的永久磁铁组成。利用容器外侧的另一磁铁从上向下斜向靠近该永久磁铁就能将勺子倾倒，将勺子内的药品倒入容器底部完成化学反应。本质量守恒定律实验装置能准确、直观地将质量守恒的实验结果展示出来，实验精度高。

Description

质量守恒定律实验装置

技术领域

本发明涉及教学实验设备技术领域，特别涉及一种质量守恒定律实验装置。

背景技术

现有的初中化学课本中所公开的一种质量守恒定律实验及操作过程是这样的：用药匙在烧杯中放入少量碳酸钠粉末，在小试管里倾倒少量稀盐酸，把该小试管放入烧杯中，将烧杯放在托盘天平上用砝码平衡。取下烧杯并将其倾斜，使小试管中的稀盐酸进入烧杯中，看到产生大量气泡。反应一段时间后，再将烧杯放回托盘天平上，发现天平不平衡了，指针偏向砝码一边，也就是说此时质量减少了。此时，老师引导学生是因为反应产生的气体逸出到空气中，所以反应后质量减少，但实际上该化学反应一样遵守质量守恒定律。本实验的不足之处在于：不能准确、直观地将质量守恒展示出来；因实验过程需要人手触摸、移动烧杯，影响了称重精度，从而，影响实验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质量守恒定律实验装置，它能准确、直观地将质量守恒的实验结果展示出来，实验精度高。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：

一种质量守恒定律实验装置，包括天平、砝码、透明容器2和密封胶塞1，所述透明容器2内竖向置有磁力隔空倾倒机构，该磁力隔空倾倒机构由非磁性金属的右支架3、左支架17、第1活动支撑杆10、第2活动支撑杆13、勺子23、转轴24和永久磁铁6组成，所述右支架3上端部设有第1轴套4，右支架3的右前脚11外延部弯曲后斜向上并通过第1活动卡口8与右支架3的右后脚7中段滑动扣接，所述左支架17上端部设有第2轴套18，左支架17的左前脚12外延部弯曲后斜向上并通过第2活动卡口14与左支架17的左后脚15中段滑动扣接，所述右后脚7底端部与左后脚15底端部之间连接有Ω形活动连接杆9，还设有带耳的勺子23，在勺耳开有第2孔21，该第2孔21下方的勺子23上围边上开有第1孔20，在与第1孔20相对应的勺子23上围边上开有第3孔22，所述转轴24一端支承在第1轴套4上，转轴24另一端依次穿过第1孔20、第2孔21和第3孔22并支承在第2轴套18上，转轴24中部为上水平弧形段19，转轴4一端向下外延部端设有磁铁环5，该磁铁环5内嵌装有永久磁铁6，转轴4另一端外延部端设有限位环16。

所述右支架3、左支架17、第1活动支撑杆10、第2活动支撑杆13、活动连接杆9和转轴24采用紫铜线制作，并在其上套有热缩管。所述勺子23由铜制作。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

（1）本发明的关键技术在于密封的透明容器内竖向放置有磁力隔空倾斜机构。实验时，首先将适量的碳酸钠粉末放入勺子内，并用胶头滴管滴入适量的稀盐酸于透明容器内底部，然后塞紧密封胶塞，将该容器放在托盘天平上用砝码平衡。利用同名磁极互相排斥的原理，在容器外侧用另一磁铁与该机构内的磁铁同极性的一端以约45°左右的倾角从上斜向下靠近机构内的磁铁，使其绕转轴转动，并带动勺子一起转动，从而将勺子内的碳酸钠粉末倾倒入容器内底部，完成密封容器内的物质混合。容器外的磁铁与容器内的磁铁采用同名磁极互相排斥或异名磁极互相吸引产生驱动力都可以，但以同名磁极互相排斥效果更佳。碳酸钠与稀盐酸的反应会放出大量气泡，反应完成后天平的指针依然指向中间，清楚、直观地表明在这个化学反应前后的质量是守恒的。通过这样的实验过程能使学生更好地理解所有的化学反应都是质量守恒的。

（2）由于装好化学物品后的密闭容器一次放上托盘天平就能将本实验完成并演示出来，而不需称重后还要人手操作其化学反应并二次移动烧杯，因而，提高了实验结果的准确度。

（3）本磁力隔空倾倒机构既适合放置入广口透明容器内，也适合放置入窄口透明容器内，为此，采用了折叠式结构。对于窄口透明容器而言，将左、右支架的支撑杆活动卡口滑向上，使左、右的前、后脚作前后方向折叠，然后将左、右支架作左右方向折叠。此时，就可将左、右支架竖向放入窄口透明容器内并将左、右支架向左右方向展开，将活动撑杆卡口向下滑动，使左、右支架前、后脚的弧形底部与容器内底部四壁接触，从而，使已张开的左、右支架比较平稳地竖向放置在透明容器内。最后将带转轴和永久磁铁的勺子放入容器内并将转轴两端支承在第1、2轴套内，即实现本磁力隔空倾倒机构竖向置放在窄口透明容器内。

由于上述左、右支架等杆件都是采用非磁性金属线，例如，紫铜线制成，并套上热缩管，以降低酸碱对非磁性金属线的腐蚀，并使左、右支架在容器底部放置得更平稳。左、右支架等杆件既有一定刚性，同时也具有可塑性，因而，才能实现将磁力隔空倾倒机构放入窄口透明容器内的操作。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种质量守恒定律实验装置的结构示意图，图中未画出天平和砝码。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例1

参见图1所示，一种质量守恒定律实验装置由天平、砝码、密封胶塞1、透明容器2和置于透明容器2内的磁力隔空倾倒机构组成。天平可以采用托盘天平，也可以采用数字天平。该磁力隔空倾倒机构由非磁性金属制作的右支架3、左支架17、第1活动支撑杆10、第2活动支撑杆13、勺子23、转轴24和永久磁铁6组成。在右支架3上端部设有第1轴套4，右支架3的右前脚11外延部弯曲后斜向上并通过第1活动卡口8与右支架3的右后脚7中段滑动扣接，在左支架17上端部设有第2轴套18，左支架17的左前脚12外延部弯曲后斜向上并通过第2活动卡口14与左支架17的左后脚15中段滑动扣接。右后脚7底端部与左后脚15底端部之间连接有Ω形活动连接杆9，使左、右支架17、3能实现左、右方向折叠。还设有带耳的勺子23，在勺耳开有第2孔21，该第2孔21下方的勺子23上围边上开有第1孔20，在与第1孔20相对应的勺子23上围边上开有第3孔22。转轴24一端支承在第1轴套4上，转轴24另一端依次穿过第1孔20、第2孔21和第3孔22并支承在第2轴套18上，转轴24中部为上水平弧形段19，转轴4一端向下外延部端设有磁铁环5，该磁铁环5内嵌装有永久磁铁6，转轴4另一端外延部端设有限位环16。

右支架3、左支架17、第1活动支撑杆10、第2活动支撑杆13、活动连接杆9、转轴24采用紫铜线制作，并在其上套有热缩管，使这些紫铜线得到防腐保护，同时也使右支架3、左支架17的底部与透明容器2的内壁之间的摩擦系数加大，增强置于透明容器2内的磁力隔空倾倒机构的平稳性。所述勺子23由铜制作。

实施例2

参见图1所示，本实施例是采用磁力隔空倾倒机构和托盘天平作质量守恒定律实验的过程。把装有磁力隔空倾倒机构的透明容器2横放，用药匙把少量碳酸钠粉末放入磁力隔空倾倒机构的勺子23里，把容器2正放，用胶头滴管滴入几毫升的稀盐酸于容器2内底部中，注意滴加稀盐酸时不要碰到勺子23里的碳酸钠粉末，然后塞紧密封胶塞1，把整套容器和药品放在托盘天平上用砝码平衡。利用同名磁极互相排斥的原理，在容器2外侧用另一磁铁与转轴24磁铁环5的永久磁铁6相同极性的一端从上方约45°角度斜向下靠近永久磁铁6，同名磁极互相排斥使得永久磁铁6带动转轴24转起来，转轴24带动勺子23转动，使碳酸钠粉末倾倒，从而完成在密闭容器内的物质混合。利用异名磁极互相吸引的原理也可以，但利用异名磁极互相吸引所产生的吸力在转动转轴24的时候因为该两块磁铁紧紧吸住，容易带动整个倾倒机构倾斜，操作起来不够美观和稳定。看到反应放出大量气泡，反应完后天平的指针依然指向中间，表示在这个化学反应前后的质量是守恒的。然后打开密封胶塞1放出气体后，看到天平的指针偏向砝码一边，说明产生的气体逸出后质量减少了。通过这样的实验过程使学生准确、直观地观察到化学反应前后的质量变化，更好地理解所有的化学反应都是质量守恒的，只是因为有些化学反应没有把所有的反应物或生成物称量才导致质量在反应前后不相等。

实施例3

参见图1所示，本实施例是采用数字天平和磁力隔空倾倒机构作质量守恒定律实验的过程。把装有磁力隔空倾倒机构的透明容器2横放，用药匙把少量碳酸钠粉末放入磁力隔空倾倒机构的勺子23里，把容器2正放，用胶头滴管滴入几毫升的稀盐酸于容器2内底部中，注意滴加稀盐酸时不要碰到勺子里的碳酸钠粉末，然后塞紧密封胶塞1，把整套容器和药品放在数字天平上称量质量并读取数据。利用同名磁极互相排斥的原理，在容器2外侧用另一磁铁与转轴24磁铁环5的永久磁铁6相同极性的一端从上方约45°角度斜向下靠近永久磁铁6，同名磁极互相排斥使得永久磁铁6带动转轴24转起来，转轴24带动勺子23转动，使碳酸钠粉末倾倒，从而完成在密闭容器内的物质混合。利用异名磁极互相吸引的原理也可以，但利用异名磁极互相吸引所产生的吸力在转动转轴24的时候因为该两块磁铁紧紧吸住，容易带动整个倾倒机构倾斜，操作起来不够美观和稳定。看到反应放出大量气泡，反应完后读取数据，读数跟反应前是一样的。表示在这个化学反应前后的质量是守恒的。然后打开密封胶塞1放出气体后，读取数据，看到数据明显减少了，说明产生的气体逸出后质量减少了。通过这样的实验过程使学生准确、直观地观察到化学反应前后的质量变化，更好地理解所有的化学反应都是质量守恒的，只是因为有些反应没有把所有的反应物或生成物称量才导致质量在反应前后不相等。使用数字天平比用托盘天平在称量上更省时方便和精确。

下面给出实施例2的实验数据、实施例3的实验数据和现有教科书所公开的用烧杯、试管和托盘天平所作实验的实验数据，它是采用上述三套不同装置进行等量实验对比的结果：

Claims (3)

1.一种质量守恒定律实验装置，包括天平、砝码、透明容器（2）和密封胶塞（1），其特征在于：所述透明容器（2）内竖向置有磁力隔空倾倒机构，该磁力隔空倾倒机构由非磁性金属的右支架（3）、左支架（17）、第1活动支撑杆（10）、第2活动支撑杆（13）、勺子（23）、转轴（24）和永久磁铁（6）组成，所述右支架（3）上端部设有第1轴套（4），右支架（3）的右前脚（11）外延部弯曲后斜向上并通过第1活动卡口（8）与右支架（3）的右后脚（7）中段滑动扣接，所述左支架（17）上端部设有第2轴套（18），左支架（17）的左前脚（12）外延部弯曲后斜向上并通过第2活动卡口（14）与左支架（17）的左后脚（15）中段滑动扣接，所述右后脚（7）底端部与左后脚（15）底端部之间连接有Ω形活动连接杆（9），还设有带耳的勺子（23），在勺耳开有第2孔（21），该第2孔（21）下方的勺子（23）上围边上开有第1孔（20），在与第1孔（20）相对应的勺子（23）上围边上开有第3孔（22），所述转轴（24）一端支承在第1轴套（4）上，转轴（24）另一端依次穿过第1孔（20）、第2孔（21）和第3孔（22）并支承在第2轴套（18）上，转轴（24）中部为上水平弧形段（19），转轴（4）一端向下外延部端设有磁铁环（5），该磁铁环（5）内嵌装有永久磁铁（6），转轴（4）另一端外延部端设有限位环（16）。

2.根据权利要求1所述的质量守恒定律实验装置，其特征在于：所述右支架（3）、左支架（17）、第1活动支撑杆（10）、第2活动支撑杆（13）、活动连接杆（9）和转轴（24）采用紫铜线制作，并在其上套有热缩管。

3.根据权利要求1所述的质量守恒定律实验装置，其特征在于：所述勺子（23）由铜制作。