CN105528942B - 一种平抛钢球运动规律研究实验仪 - Google Patents

一种平抛钢球运动规律研究实验仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平抛钢球运动规律研究实验仪，包括自由落体枪管、平抛枪管、支撑杆和底座，所述支撑杆固定在底座上，自由落体枪管和平抛枪管分别固定在支撑杆上端；所述自由落体枪管内设有自由落体射击枪杆弹簧和自由落体射击枪杆；平抛枪管内设有平抛射击枪杆弹簧和平抛射击枪杆，所述自由落体射击枪杆和平抛射击枪杆的后端均连接手拉环，所述自由落体射击枪杆弹簧和平抛射击枪杆弹簧后端也连接手拉环；所述自由落体枪管的前端设有自由落体钢球碰撞块和配合的自由落体钢球，所述平抛枪管的前端设有平抛碰撞滑块和配合的平抛钢球。本发明的有益效果是：结构合理，实验效果好。

Description

一种平抛钢球运动规律研究实验仪
技术领域
本发明专利涉及实验仪，尤其涉及一种平抛钢球运动规律研究实验仪。
背景技术
平抛运动是中学物理教材运动学中的一个重要概念，教师在教学中，为了让学生明白，在不考虑阻力的情况下，平抛运动的物体可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。通常使用的传统的实验演示仪器如图9和图10所示，图9小球从圆形轨道A处轨下，从B处抛出，可以观察平抛运动，但无法透彻地研究平抛运动规律，图10的A、B上端为弹性片，此状态下球1被B弹性片夹住，球2放于B弹片前，敲打A柱，2号球被弹出做平抛运动，同时1号球自由落体，但是，在实验操作过程中不很稳定，实验精度不很高，二球落地点相距较远，不利于比较，效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足,提供一种结构合理，实验效果好的平抛钢球运动规律研究实验仪。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
这种平抛钢球运动规律研究实验仪，包括自由落体枪管、平抛枪管、支撑杆和底座，所述支撑杆固定在底座上，自由落体枪管和平抛枪管分别固定在支撑杆上端；所述自由落体枪管内设有自由落体射击枪杆弹簧和自由落体射击枪杆；平抛枪管内设有平抛射击枪杆弹簧和平抛射击枪杆，所述自由落体射击枪杆和平抛射击枪杆的后端均连接手拉环，所述自由落体射击枪杆弹簧和平抛射击枪杆弹簧后端也连接手拉环；所述自由落体枪管的前端设有自由落体钢球碰撞块和配合的自由落体钢球，所述平抛枪管的前端设有平抛碰撞滑块和配合的平抛钢球。
作为优选：所述平抛枪管的前端设有平抛碰撞块移动滑槽用于限位平抛碰撞块；增加该碰撞块以保证平抛钢球与自由落体钢球同时运动之目的。
作为优选：所述底座上还设有平衡稳固块。
作为优选：所述自由落体钢球的球心与平抛钢球的球心位于同一水平面上。
本发明的有益效果是：
1)设计了平抛碰撞块是为了保证自由落体碰撞过程与平抛碰撞过程作用时间相同，以保证平抛钢球与自由落体钢球同时从同一高度开始运动；
(2)设计了平抛钢球质量与平抛碰撞块质量相同，是为了能够把平抛碰撞块的能量完全传递给平抛钢球；
(3)自由落体钢球的悬挂方法采用了力矩原理，使之自由落体钢球在碰撞前处于稳定状态；
(4)采用了弹簧产生的弹性力，使之平抛射击枪杆与自由落体射击枪杆同时加速。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是自由落体钢球稳定悬挂受力分析示意图；
图3自由落体射击枪杆与平抛射击枪杆拉起瞬间示意图；
图4是自由落体钢球与平抛钢球碰撞后瞬间状态示意图；
图5是自由落体钢球与平抛钢球下落至空中某一位置状态示意图；
图6是自由落体钢球与平抛钢球落地末状态示意图；
图7是自由落体射击枪杆和平抛射击枪杆后端整体结构示意图；
图8是自由落体射击枪杆和平抛射击枪杆后盖结构示意图；
图9是现有的平抛实验演示仪视图；
图10是现有的平抛实验演示仪视图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
如图1所示，为完全机械式平抛钢球运动规律研究实验仪。1、底座调平支腿，2、支杆固定螺丝，3、底座，4、实验仪平衡稳固块，5、支撑杆，6、自由落体、平抛枪管右禁锢圈，7、自由落体、平抛枪管左禁锢圈，8、自由落体、平抛与支撑杆禁锢螺丝，9、平抛枪管，9-41、平抛射击枪杆，9-42、平抛枪杆弹簧，10、自由落体枪管，10-20、自由落体碰撞块与钢球接触支点，10-21、自由落体碰撞块转动轴，10-31自由落体射击枪杆，10-32、自由落体碰撞杆弹簧；11、手拉环。
如图2所示，为自由落体钢球稳定悬挂受力分析示意图。10-1、自由落体钢球；10-20、钢球稳定支点；10-21、自由落体碰撞块转动轴；10-2、自由落体钢球碰撞块。
如图7和图8所示，为自由落体射击枪杆、平抛射击枪杆及其连接弹簧后端整体与后盖结构示意图。10-31、自由落体射击枪杆弹簧；10-32、自由落体射击枪杆；9-41、平抛射击枪杆；9-42、平抛射击枪杆弹簧；由9-0、平抛射击枪杆后盖和10-0、自由落体射击枪杆后盖组成的一体式后盖。
仪器组装与操作步骤：
1、仪器安装
用支杆固定螺丝2把支撑杆5固定在底座3上，将平抛枪管9、自由落体枪管10分别穿入支撑杆5上端对应位置，用螺丝8固定于支撑杆上，分别采用自由落体、平抛枪管左右禁锢圈7、6再次加固，如图1所示；把自由落体射击枪杆弹簧10-32与平抛射击枪杆弹簧9-42分别套固接于后座自由落体枪管10与平抛枪管9内侧中，即弹簧始端固定在与支撑杆5面齐平的枪管处，把自由落体射击枪杆10-31和平抛射击枪杆9-41的碰撞端分别装入枪管中，将后座盖10-0、9-0盖在平抛枪管9和自由落体枪管10后面，并将弹簧10-32、9-42终端与后盖固连，并用螺丝分别与自由落体射击枪杆10-31与平抛射击枪杆9-41螺接，需要强调的是自由落体枪杆后盖9-0与平抛射击枪杆后盖10-0为一整体，后盖表面安装有手拉环11，如图1所示；将自由落体钢球10-1悬夹在自由落体钢球碰撞块10-2的钢球接触支点10-20与前壁间，将平抛钢球9-1放于平抛碰撞滑块9-3前端，在实验仪底座上放上平抛实验仪平衡稳固块4。仪器制作要求：平抛钢球与自由落体钢球质心处在同一个水平面上，即h1＝h2。如图1所示。
2、操作步骤
在平抛实验仪安装好后。实验时，在自由落体钢球和平抛钢球落地点铺一块木板，木板上铺一张白纸，其上再铺一张复写纸。用手钩住自由落体射击枪杆10-31和平抛射击枪杆9-41后盖手拉环11，沿着径向方向拉后盖至适当距离，由于平抛射击枪杆后盖10-0与自由落体射击枪杆后盖9-0为一整体，故平抛射击枪杆9-41、平抛射击枪杆弹簧9-42与自由落体射击枪杆10-31、自由落体射击枪杆弹簧10-32同时被拉至一定距离，自由落体射击枪杆弹簧10-32、平抛射击枪杆弹簧9-42具有较大弹性势能，如图3所示；此时，放掉手拉环即放掉后盖11，在弹簧弹性力的作用下，平抛射击枪杆9-41和自由落体射击枪杆10-31做加速运动，平抛射击枪杆9-41和自由落体射击枪杆10-31分别与平抛碰撞滑块9-3和自由落体钢球碰撞块10-2发生碰撞，平抛碰撞滑块9-3撞击平抛钢球9-1，平抛钢球9-1作平抛运动，同时自由落体碰撞块10-2围绕自由落体碰撞块10-2转动轴10-21转动，钢球接触支点10-20被弹起，自由落体钢球10-1就会自由下落，这样平抛钢球9-1与自由落体钢球10-1同时开始在空中运动，如图4所示；可以观察到平抛钢球9-1与自由落体钢球10-1在运动过程中，始终处在同一水平面上，如图5所示；最终会同时落在复写纸上，从而在白纸上印上痕迹，如图6所示。
需要说明的是：设计的平抛碰撞块滑头9-31在平抛碰撞块移动滑槽9-2中滑动，是为了保证平抛碰撞块9-3能够平稳运行，如图6所示，与此同时，自由落体钢球碰撞块10-2被撞击，围绕自由落体碰撞块转动轴10-21转动，自由落体钢球10-1自由落下，二者均采用碰撞块，是人为创造了相同条件，以保证二钢球同时开始运动。
自由落体钢球的固定与自由落体原理：
自由落体钢球10-1所受重力P1，自由落体碰撞块10-2通过支点10-21A对自由落体钢球10-1产生一个支持力F1，墙壁对自由落体钢球10-1产生一个弹力F2，则F1与F2合力为F，由于F和P1均在竖直方向上，F＝P2，因此，自由落体钢球处于稳定状态；实验时，自由落体射击枪杆10-31被拉起，在自由落体射击枪杆弹簧10-32弹性力作用下，自由落体射击枪杆10-31撞击自由落体钢球碰撞块10-2，自由落体钢球碰撞块10-2围绕自由落体碰撞块转动轴10-21A点转动，自由落体碰撞块与钢球接触支点10-20弹起，自由落体钢球10-1就会自由下落，如图4所示。
实验观察与数据处理：
1、观察平抛钢球与自由落体钢球的下落过程中是否处于同一水平面上，以及是否同时落地；
2、根据实验步骤，量出平抛钢球与自由落体钢球下落高度h1＝h2，以及平抛钢球飞行的水平距离s(平抛钢球抛出点与落地点间距)；
3、根据自由落体运动公式h＝1/2gt2，计算自由落体下落时间
因为h1＝h2，故平抛钢球水平运动速度为

Claims (2)

1.一种平抛钢球运动规律研究实验仪，其特征在于：包括自由落体枪管、平抛枪管、支撑杆和底座，所述支撑杆固定在底座上，自由落体枪管和平抛枪管分别固定在支撑杆上端；所述自由落体枪管内设有自由落体射击枪杆弹簧和自由落体射击枪杆；平抛枪管内设有平抛射击枪杆弹簧和平抛射击枪杆，所述自由落体射击枪杆和平抛射击枪杆的后端均连接手拉环，所述自由落体射击枪杆弹簧和平抛射击枪杆弹簧后端也连接手拉环；所述自由落体枪管的前端设有自由落体钢球碰撞块和配合的自由落体钢球，所述平抛枪管的前端设有平抛碰撞滑块和配合的平抛钢球；自由落体钢球悬夹在自由落体钢球碰撞块的钢球接触支点与自由落体枪管前壁间；所述平抛枪管的前端设有平抛碰撞块移动滑槽用于限位平抛碰撞块；所述自由落体钢球的球心与平抛钢球的球心位于同一水平面上；平抛钢球质量与平抛碰撞块质量相同。
2.根据权利要求1所述的平抛钢球运动规律研究实验仪，其特征在于：所述底座上还设有平衡稳固块。
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