CN106601091A - 多功能教学弹簧秤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能教学弹簧秤，其由面板(1)、檐板(2)、主弹簧(3)、悬挂主弹簧(3)的装置、连接实验物体的装置、拉手(7)、指针(9)、刻度(10)、齿条锁定装置(11)、齿条单向移动控制装置组成。由于其具有测量值记忆功能，实验完毕，即使其与实验物体脱离，仍可准确读到测量值和测量实验物体位移的大小；由于齿条锁定装置(11)可控制其何时开始测量，因而其可排除不需要测量过程的干扰而测量需要测量过程的实验数据；由于安装有齿条锁定装置(11)、齿条单向移动控制装置，其应用得到大大扩展，公知公用弹簧秤不能担当的很多实验，其能胜任。

Description

多功能教学弹簧秤
技术领域
本发明涉及一种多功能教学弹簧秤，尤其是具有测量数据记忆功能的多用途的多功能教学弹簧秤。本发明还涉及一种使用该多功能教学弹簧秤的方法。
背景技术
公知公用弹簧秤结构简单、测量数据清晰、价格便宜，在学校尤其在中、小学广为使用，为提高教学质量，起了很大作用。
公知公用弹簧秤存在缺点，其缺点虽已暴露多时，但始终没有改进。
其一，测量力的大小，被测物体取下时，指针归零。为了让学生观察测量值，老师须提着弹簧秤连同其上被测物体走到学生面前，待晃动的指针停下来后，让学生观察，既不方便，又浪费时间。或者用摄像机拍摄下来，再用电子设备放出来给学生观察，一个简单实验，老师劳心费力，学生毕竟没有身临其境半信半疑。责任心不强的老师，为了省时省事，只在讲台上展示一下，实验数据自己说了算，久而久之，学生养成人云亦云习惯，祸害无穷。
其二，功能单一，只能测量力的大小，与力相关的许多实验不能胜任。
为了发展学生的科学兴趣，为了提高教学效率，为了挖掘现有教学仪器的潜力，需要对公知公用弹簧秤进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有测量数据记忆功能的多用途的多功能教学弹簧秤。此外本发明另一个要解决的问题是使用该多功能教学弹簧秤的方法。
为解决多功能教学弹簧秤的技术问题，本发明的技术方案为：
一种多功能教学弹簧秤，包含面板、檐板、主弹簧、悬挂主弹簧的装置、连接实验物体的装置、拉手、指针、刻度、齿条锁定装置、齿条单向移动控制装置。
面板上前表面两侧之一的下部没有刻度。
悬挂主弹簧的装置由有筒底的圆筒、挂架、调节圆板组成。
圆筒筒底的中心有圆筒圆孔，该圆筒通过螺纹啮合竖直地安装在檐板上正中的檐板圆孔中，其上端固紧连接调节圆板，该调节圆板的半径大于该圆筒的外径，该调节圆板的轴线与该圆筒的轴线重合；挂架的纵向剖面为T形，其由位于上方的挂架圆板和位于下方的圆柱体组成，该挂架圆板的轴线与该圆柱体的轴线重合。挂架圆板的直径小于圆筒的内径，其位于该圆筒的内腔中，其下表面的环形面与相应位置的该圆筒筒底的上表面活动接触，挂架上的圆柱体向下穿过该圆筒筒底上的圆筒圆孔后与主弹簧的上端固紧连接。
连接实验物体的装置为齿条。
齿条为扁平长条，其质量应尽量小，其上端与主弹簧的下端固紧连接，其宽大后表面与面板的前表面对置但不接触，其下部穿过齿条锁定装置，其下端从该面板的下端露出且其上有齿条孔，其一侧的侧面上有与之垂直的等腰三角形尖齿。挂钩固定连接在齿条孔中，实验物体可挂在该挂钩上；指针与相应位置的齿条上端附近的外表面固紧连接；
齿条锁定装置由锁定装置顶板、垂耳、按钮、叉簧片组成。
锁定装置顶板和两个垂耳为一体且围成水平U形，这两个垂耳之一的后端面与相应位置的面板下部的前表面固紧连接，该锁定装置顶板、这两个垂耳、该面板围成方孔；齿条接近下端的部分位于方孔中，其一侧的尖齿和另一侧的侧面分别与相应位置的该方孔的侧向面活动接触；该锁定装置顶板的中央有顶板圆孔，该顶板圆孔与该方孔相通；按钮为圆柱体形，其轴向长度大于该顶板圆孔的轴向长度，其外径等于或小于该顶板圆孔的内径，其前部伸出在该锁定装置顶板外，其腰部位于该顶板圆孔内，其后部伸进该方孔中，位于该方孔中的该按钮的圆周表面上有环形槽；叉簧片为矩形薄弹片，其一端固紧插接在锁定装置顶板与一个垂耳连接处的槽中，其伸出在方孔中的部分为两个叉片，这两个叉片之间为叉簧片槽，这两个叉片分别插在相应位置的该按钮上环形槽两侧之一的槽中，该环形槽包围的该按钮的中部夹在该叉簧片槽中；沿轴向用力按压按钮，使齿条与面板紧密接触，该面板对该齿条的静摩擦力可阻止该齿条相对该面板上下移动；释放按钮，其在叉簧片弹力的作用下与齿条脱离接触，该齿条可相对面板上下移动。
齿条单向移动控制装置由手柄座、手柄、弹片、压柄弹簧、手柄轴组成。
手柄座为长方体形，内、外并列的两个手柄座之一的后表面与相应位置的齿条上尖齿指向的面板上前表面的下部固紧连接，这两个手柄座之间有一个长方体形空腔，手柄的一端位于该空腔中且该端有轴孔；手柄轴穿过手柄上轴孔且与该手柄固紧连接在一起，该手柄轴的两端分别从该手柄的两侧之一向外伸出后，分别穿过相应位置的两个手柄座之一上的对应轴孔，该手柄轴与该手柄座固定连接在一起，压柄弹簧套装在该手柄与外侧的手柄座之间的该手柄轴上，手柄轴从内侧的手柄座上的轴孔向外伸出后，与弯曲薄弹片的一端固紧连接，该弹片的另一端伸向面板的横向中部；当手柄倒向上方时，其上弹片的另一端与齿条上方的尖齿接触，该弹片与该尖齿相互协同配合，使该齿条只能相对面板向上移动但不能向下移动；当手柄倒向下方时，其上弹片的另一端与齿条下方的尖齿接触，该弹片与该尖齿相互协同配合，使该齿条只能相对面板向下移动但不能向上移动；当手柄与面板垂直时，其上弹片也与该面板垂直，该弹片的另一端与齿条上的尖齿不接触，该齿条可相对该面板上下移动。
本发明另一个要解决的问题是使用该多功能教学弹簧秤的方法，使用该多功能教学弹簧秤的方法是这样的。
多功能教学弹簧秤在由竖直使用变为水平使用，或由水平使用变为竖直使用，或久未使用再重新使用，均需要事先指针调零。
一，测量力的大小：
多功能教学弹簧秤上的手柄倒向下方，将被测物体挂接在齿条的挂钩上，测量过程中该齿条向外伸出；测量完毕，或者先读取测量数据然后取下该被测物体，或者先取下该被测物体然后读取测量数据。
二，验证牛顿第三定律：
两个多功能教学弹簧秤的轴线位于同一水平直线上，两个挂钩相互连接，两个指针的针尖分别指向对应刻度上的零刻度线，两个手柄都倒向下方；或者将这两个多功能教学弹簧秤沿该水平直线彼此分开，或者一个多功能教学弹簧秤保持水平静止，另一个多功能教学弹簧秤沿该水平直线移开，在此过程中两个齿条都向外伸出；让学生观察作用力与反作用力是否大小相等，然后分析作用力与反作用力是否方向相反。
三，演示超重现象并计算加速度，含下面A、B两种情况：
A.多功能教学弹簧秤上的拉手挂在电梯的顶板上或壁上，手柄与面板垂直时在挂钩上挂上重量小于最大刻度值的实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄倒向下方；电梯离开低层上升的初始阶段，当齿条相对位置保持不变时，读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＞F1，说明物体在竖直加速上升过程中处于超重状态。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
B.多功能教学弹簧秤上的拉手挂在电梯的顶板上或壁上，手柄与面板垂直时在挂钩上挂上重量小于最大刻度值的实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄倒向下方；按压按钮锁定齿条；电梯离开高层下降，当电梯快要停止时释放所述按钮，然后读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＞F1，说明物体在竖直减速下降过程中也处于超重状态。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
综合上述两种情况，物体是否处于超重状态，不是由其运动方向或速度方向决定的，而是由其加速度的方向决定的；当物体加速度的方向竖直向上时，物体处于超重状态。
四，演示失重现象并计算加速度，含下面A、B两种情况：
A.多功能教学弹簧秤上的拉手挂在电梯的顶板上或壁上，手柄与面板垂直时在挂钩上挂上实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄倒向上方；电梯离开高层加速下降，当齿条相对位置保持不变时，读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＜F1，说明物体在竖直加速下降过程中处于失重状态。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
B.多功能教学弹簧秤上的拉手挂在电梯的顶板上或壁上，手柄与面板垂直时在挂钩上挂上实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄倒向上方；按压按钮锁定齿条；电梯离开低层上升，当电梯快要停止时释放所述按钮，然后读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＜F1，说明物体在竖直减速上升过程中也处于失重状态。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
综合上述两种情况，物体是否处于失重状态，不是由其运动方向或速度方向决定的，而是由其加速度的方向决定的；当物体的加速度方向竖直向下时，物体处于失重状态。
五，演示完全失重现象：
长橡皮条的一端挂于高处，另一端连接挂有实验物体的多功能教学弹簧秤上的拉手；该多功能教学弹簧秤保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄倒向上方；按下按钮锁定齿条，举高该多功能教学弹簧秤，然后将该按钮和该多功能教学弹簧秤同时释放；该多功能教学弹簧秤连同其上实验物体做自由落体运动，然后再做减速运动直到静止，读取其测量值F2；F2＝0，说明物体在自由落体运动过程中处于完全失重状态。
六，演示向心力，研究向心力与角速度、旋转半径的关系，含下面A、B、C三步：
多功能教学弹簧秤沿径向固紧连接在转台的水平台面上，其上的面板朝上，拉手靠近转轴，取下挂钩，用螺钉将实验物体固紧连接于该齿条的下端，该实验物体与该台面不接触，再将手柄倒向下方。
A.转台旋转时，实验物体沿径向向外相对移动，说明该实验物体受到向心力作用；当该转台停止旋转时，读取向心力的大小和测量实验物体圆周运动的半径。
B.改变多功能教学弹簧秤在转台上的安装位置，转台以相同转速旋转；通过实验可得出如下结论：在角速度不变的情况下，向心力与圆周运动的半径成正比。
C.在转台上画一个圆圈，该圆圈的圆心在转轴的轴线上；改变多功能教学弹簧秤在转台上的安装位置，使实验物体与该转轴的轴线的距离小于该圆圈的半径；转台的转速逐渐增大，使实验物体的运动轨迹与该圆圈重合；通过实验得出如下结论：在圆周运动半径相同的情况下，向心力与角速度的平方成正比。
采用这样的结构后，实验完毕，由于弹片与齿条上尖齿相互协同配合，能使齿条与面板的相对位置保持不变，因而指针与刻度的相对位置保持不变，也就是说测量值被记忆。虽然多功能教学弹簧秤与被测物体脱离，但延后观察仍可准确读到测量值。老师只须提着多功能教学弹簧秤给学生观察，既直观又快速，教学效率大大提高。
采用这样的结构后，由于测量值能被记忆，由于被测物体与面板的相对位置可保持不变，其应用得到大大扩展，原来公知公用弹簧秤不能担当的许多实验，多功能教学弹簧秤却能胜任。
采用这样的结构后，把多功能教学弹簧秤和实验物体交给学生，学生只须乘电梯上下几次，不但能获得超重、失重知识，还能发展科学兴趣，提高探索科学的动力。
采用这样的结构后，齿条锁定装置、齿条单向移动控制装置结构简单，裸露在外，构件之间的关联一目了然。学生面对多功能教学弹簧秤，品味和欣赏构件之间的协同配合，创造热情油然而生。润物细无声，一个火星往往能点燃一堆如饥似渴创新激情干柴，其影响可能深远。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是多功能教学弹簧秤的主视图。
图2是图1中圆筒及关联构件的放大图。
图3是沿图1中AA线的放大剖面图。
图4是沿图3中BB线的剖面图。
具体实施方式
如图1至图4的各图所示，本发明的一种多功能教学弹簧秤，包含面板1、檐板2、主弹簧3、悬挂主弹簧3的装置、连接实验物体的装置、拉手7、指针9、刻度10、齿条锁定装置11、齿条单向移动控制装置。
如图1所示，面板1上前表面两侧之一的下部没有刻度10。
如图1、图2所示，悬挂主弹簧3的装置由有筒底的圆筒4、挂架5、调节圆板6组成。
圆筒4筒底的中心有圆筒圆孔4a，该圆筒4通过螺纹啮合竖直地安装在檐板2上正中的檐板圆孔2a中，其上端固紧连接调节圆板6，该调节圆板6的半径大于该圆筒4的外径，该调节圆板6的轴线与该圆筒4的轴线重合。挂架5的纵向剖面为T形，其由位于上方的挂架圆板5a和位于下方的圆柱体5b组成，该挂架圆板5a的轴线与该圆柱体5b的轴线重合。挂架圆板5a的直径小于圆筒4的内径，其位于该圆筒4的内腔中，其下表面的环形面与相应位置的该圆筒4筒底的上表面活动接触，挂架5上的圆柱体5b向下穿过该圆筒4筒底上的圆筒圆孔4a后与主弹簧3的上端固紧连接。
如图1所示，连接实验物体的装置为齿条8。
齿条8为扁平长条，其质量应尽量小，其上端与主弹簧3的下端固紧连接，其宽大后表面与面板1的前表面对置但不接触，其下部穿过齿条锁定装置11，其下端从该面板1的下端露出且其上有齿条孔8b，其一侧的侧面上有与之垂直的等腰三角形尖齿8a。挂钩13固定连接在齿条孔8b中，实验物体可挂在该挂钩13上。指针9与相应位置的齿条8上端附近的外表面固紧连接。
说明：齿条8的质量应尽量小，是为了减小实验的系统误差。
如图1、图3、图4各图所示，齿条锁定装置11由锁定装置顶板11a、垂耳11b、按钮12、叉簧片19组成。
锁定装置顶板11a和两个垂耳11b为一体且围成水平U形，这两个垂耳11b之一的后端面与相应位置的面板1下部的前表面固紧连接，该锁定装置顶板11a、这两个垂耳11b、该面板1围成方孔11d。齿条8接近下端的部分位于方孔11d中，其一侧的尖齿8a和另一侧的侧面分别与相应位置的该方孔11d的侧向面活动接触。锁定装置顶板11a的中央有顶板圆孔11c，该顶板圆孔11c与方孔11d相通。按钮12为圆柱体形，其轴向长度大于该顶板圆孔11c的轴向长度，其外径等于或小于该顶板圆孔11c的内径，其前部伸出在该锁定装置顶板11a外，其腰部位于该顶板圆孔11c内，其后部伸进该方孔11d中，位于该方孔11d中的该按钮12的圆周表面上有环形槽12a。叉簧片19为矩形薄弹片，其一端固紧插接在锁定装置顶板11a与一个垂耳11b连接处的槽中，其伸出在方孔11d的部分为两个叉片19b，这两个叉片19b之间为叉簧片槽19a，这两个叉片19b分别插在相应位置的该按钮12上环形槽12a两侧之一的槽中，该环形槽12a包围的该按钮12的中部夹在该叉簧片槽19a中。沿轴向用力按压按钮12，使齿条8与面板1紧密接触，该面板1对该齿条8的静摩擦力可阻止该齿条8相对该面板1上下移动；释放按钮12，其在叉簧片19弹力的作用下与齿条8脱离接触，该齿条8可相对面板1上下移动。
如图1所示，齿条单向移动控制装置由手柄座14、手柄15、弹片16、压柄弹簧17、手柄轴18组成。
手柄座14为长方体形，内、外并列的两个手柄座14之一的后表面与相应位置的齿条8上尖齿8a指向的面板1上前表面的下部固紧连接，这两个手柄座14之间有一个长方体形空腔，手柄15的一端位于该空腔中且该端有轴孔。手柄轴18穿过手柄15上轴孔且与该手柄15固紧连接在一起，该手柄轴18的两端分别从该手柄15的两侧之一向外伸出后，分别穿过相应位置的两个手柄座14之一上的对应轴孔，该手柄轴18与该手柄座14固定连接在一起，压柄弹簧17套装在该手柄15与外侧的手柄座14之间的该手柄轴18上，手柄轴18从内侧的手柄座14上的轴孔向外伸出后，与弯曲薄弹片16的一端16a固紧连接，该弹片16的另一端16b伸向面板1的横向中部。当手柄15倒向上方时，其上弹片16的另一端16b与齿条8上方的尖齿8a接触，该弹片16与该尖齿8a相互协同配合，使该齿条8只能相对面板1向上移动但不能向下移动。当手柄15倒向下方时，其上弹片16的另一端16b与齿条8下方的尖齿8a接触，该弹片16与该尖齿8a相互协同配合，使该齿条8只能相对面板1向下移动但不能向上移动。当手柄15与面板1垂直时，其上弹片16也与该面板1垂直，该弹片16的另一端16b与齿条8上的尖齿8a不接触，该齿条8可相对该面板1上下移动。
本发明的使用多功能教学弹簧秤的方法是这样的。
多功能教学弹簧秤在由竖直使用变为水平使用，或由水平使用变为竖直使用，或久未使用再重新使用，均需要事先指针调零。
说明：悬挂未挂实验物体的多功能教学弹簧秤，旋转圆筒4上的调节圆板6，该圆筒4内的挂架5不会旋转，但可使该圆筒4连同其下面的主弹簧3和齿条8上升或下降，可让该齿条8上的指针9的针尖指向刻度10上的零刻度线，以保证测量精度，此调节过程简称为指针调零。
一，测量力的大小：
多功能教学弹簧秤上的手柄15倒向下方，将被测物体挂接在齿条8的挂钩13上，测量过程中该齿条8向外伸出。测量完毕，或者先读取测量数据然后取下该被测物体，或者先取下该被测物体然后读取测量数据。
说明：虽然被测物体已取下，但由于弹片16阻止该齿条8缩回，因而测量值被记忆，为教师拿着多功能教学弹簧秤让全班学生观察测量值提供了方便。
二，验证牛顿第三定律：
两个多功能教学弹簧秤的轴线位于同一水平直线上，两个挂钩13相互连接，两个指针9的针尖分别指向对应刻度10上的零刻度线，两个手柄15都倒向下方。或者将这两个多功能教学弹簧秤沿该水平直线彼此分开，或者一个多功能教学弹簧秤保持水平静止，另一个多功能教学弹簧秤沿该水平直线移开，在此过程中两个齿条8都向外伸出。这两个挂钩13脱离后，由于弹片16阻止齿条8缩回，因而测量值被记忆。让学生观察作用力与反作用力是否大小相等，然后分析作用力与反作用力是否方向相反。
三，演示超重现象并计算加速度，含下面A、B两种情况：
A.多功能教学弹簧秤上的拉手7挂在电梯的顶板上或壁上，手柄15与面板1垂直时在挂钩13上挂上重量小于最大刻度值的实验物体。电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄15倒向下方。电梯离开低层上升，当齿条8相对位置保持不变时，读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2。F2＞F1，说明物体在竖直加速上升过程中处于超重状态。
说明：电梯先后经历了加速上升、匀速上升、减速上升三个过程，由于齿条8不能缩回，F2只能是电梯离开低层加速上升过程中的测量值，学生通过观察能够认定，因此可在电梯停止后再读取测量值。
说明：物体竖直加速上升过程中，速度方向竖直向上，加速度方向竖直向上。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
B.多功能教学弹簧秤上的拉手7挂在电梯的顶板上或壁上，手柄15与面板1垂直时在挂钩13上挂上重量小于最大刻度值的实验物体。电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄15倒向下方。按压按钮12锁定齿条8。电梯离开高层下降，当电梯快要停止时释放所述按钮12，然后读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2。F2＞F1，说明物体在竖直减速下降过程中也处于超重状态。
说明：物体竖直减速下降过程中，速度方向竖直向下，加速度方向竖直向上。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
综合上述两种情况，物体是否处于超重状态，不是由其运动方向或速度方向决定的，而是由其加速度的方向决定的。当物体加速度的方向竖直向上时，物体处于超重状态。
四，演示失重现象并计算加速度，含下面A、B两种情况：
A.多功能教学弹簧秤上的拉手7挂在电梯的顶板上或壁上，手柄15与面板1垂直时在挂钩13上挂上实验物体。电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄15倒向上方。电梯离开高层加速下降，当齿条8相对位置保持不变时，读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2。F2＜F1，说明物体在竖直加速下降过程中处于失重状态。
说明：电梯先后经历了加速下降、匀速下降、减速下降三个过程，由于齿条8缩回后不能再伸出，F2只能是电梯离开高层加速下降过程中的测量值，学生通过观察能够认定，因此可在电梯停止后再读取测量值。
说明：物体竖直加速下降过程中，速度方向竖直向下，加速度方向竖直向下。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
B.多功能教学弹簧秤上的拉手7挂在电梯的顶板上或壁上，手柄15与面板1垂直时在挂钩13上挂上实验物体。电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄15倒向上方。按压按钮12锁定齿条8。电梯离开低层上升，当电梯快要停止时释放所述按钮12，然后读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2。F2＜F1，说明物体在竖直减速上升过程中也处于失重状态。
说明：物体竖直减速上升过程中，速度方向竖直向上，加速度方向竖直向下。
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a。
综合上述两种情况，物体是否处于失重状态，不是由其运动方向或速度方向决定的，而是由其加速度的方向决定的。当物体的加速度方向竖直向下时，物体处于失重状态。
五，演示完全失重现象：
长橡皮条的一端挂于高处，另一端连接挂有实验物体的多功能教学弹簧秤上的拉手7。该多功能教学弹簧秤保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄15倒向上方。按下按钮12锁定齿条8，举高该多功能教学弹簧秤，然后将该按钮12和该多功能教学弹簧秤同时释放。该多功能教学弹簧秤连同其上实验物体做自由落体运动，然后再做减速运动直到静止，读取其测量值F2。F2＝0，说明物体在自由落体运动过程中处于完全失重状态。
说明：由于齿条8只能缩回不能伸出，因而F2是自由落体运动过程中的测量值。
说明：物体在自由落体运动过程中的加速度等于g。
六，演示向心力，研究向心力与角速度、旋转半径的关系含下面A、B、C三步：
多功能教学弹簧秤沿径向固紧连接在转台的水平台面上，其上的面板1朝上，拉手7靠近转轴，取下挂钩13，用螺钉将实验物体固紧连接于该齿条8的下端，该实验物体与该台面不接触，再将手柄15倒向下方。
A.转台旋转时，实验物体沿径向向外相对移动，说明该实验物体受到向心力作用。当该转台停止旋转时，读取向心力的大小和测量实验物体圆周运动的半径。
说明：该转台停止旋转时，由于齿条8不能缩回，因而能够读取向心力的大小和测量实验物体圆周运动的半径。
B.改变多功能教学弹簧秤在转台上的安装位置，转台以相同转速旋转。通过实验可得出如下结论：在角速度不变的情况下，向心力与圆周运动的半径成正比。
C.在转台上画一个圆圈，该圆圈的圆心在转轴的轴线上。改变多功能教学弹簧秤在转台上的安装位置，使实验物体与该转轴的轴线的距离小于该圆圈的半径。转台的转速逐渐增大，使实验物体的运动轨迹与该圆圈重合。通过实验得出如下结论：在圆周运动半径相同的情况下，向心力与角速度的平方成正比。
说明：由于视觉暂留，实验物体虽在转动，但能够观察到实验物体的运动轨迹。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明。本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，仍属于本发明的范围。

Claims (2)

1.一种多功能教学弹簧秤，包含面板(1)、檐板(2)、主弹簧(3)、悬挂主弹簧(3)的装置、连接实验物体的装置、拉手(7)、指针(9)、刻度(10)；其特征在于：
多功能教学弹簧秤上还有齿条锁定装置(11)、齿条单向移动控制装置；
面板(1)上前表面两侧之一的下部没有刻度(10)；
悬挂主弹簧(3)的装置由有筒底的圆筒(4)、挂架(5)、调节圆板(6)组成；
圆筒(4)筒底的中心有圆筒圆孔(4a)，所述圆筒(4)通过螺纹啮合竖直地安装在檐板(2)上正中的檐板圆孔(2a)中，其上端固紧连接调节圆板(6)，所述调节圆板(6)的半径大于所述圆筒(4)的外径，所述调节圆板(6)的轴线与所述圆筒(4)的轴线重合；挂架(5)的纵向剖面为T形，其由位于上方的挂架圆板(5a)和位于下方的圆柱体(5b)组成，所述挂架圆板(5a)的轴线与所述圆柱体(5b)的轴线重合；挂架圆板(5a)的直径小于圆筒(4)的内径，其位于所述圆筒(4)的内腔中，其下表面的环形面与相应位置的所述圆筒(4)筒底的上表面活动接触，挂架(5)上的圆柱体(5b)向下穿过所述圆筒(4)筒底上的圆筒圆孔(4a)后与主弹簧(3)的上端固紧连接；
连接实验物体的装置为齿条(8)；
齿条(8)为扁平长条，其质量应尽量小，其上端与主弹簧(3)的下端固紧连接，其宽大后表面与面板(1)的前表面对置但不接触，其下部穿过齿条锁定装置(11)，其下端从所述面板(1)的下端露出且其上有齿条孔(8b)，其一侧的侧面上有与之垂直的等腰三角形尖齿(8a)；挂钩(13)固定连接在齿条孔(8b)中，实验物体可挂在该挂钩(13)上；指针(9)与相应位置的齿条(8)上端附近的外表面固紧连接；
齿条锁定装置(11)由锁定装置顶板(11a)、垂耳(11b)、按钮(12)、叉簧片(19)组成；
锁定装置顶板(11a)和两个垂耳(11b)为一体且围成水平U形，这两个垂耳(11b)之一的后端面与相应位置的面板(1)下部的前表面固紧连接，所述锁定装置顶板(11a)、这两个垂耳(11b)、所述面板(1)围成方孔(11d)；齿条(8)接近下端的部分位于所述方孔(11d)中，其一侧的尖齿(8a)和另一侧的侧面分别与相应位置的所述方孔(11d)的侧向面活动接触；锁定装置顶板(11a)的中央有顶板圆孔(11c)，所述顶板圆孔(11c)与所述方孔(11d)相通；按钮(12)为圆柱体形，其轴向长度大于所述顶板圆孔(11c)的轴向长度，其外径等于或小于所述顶板圆孔(11c)的内径，其前部伸出在所述锁定装置顶板(11a)外，其腰部位于所述顶板圆孔(11c)内，其后部伸进所述方孔(11d)中，位于所述方孔(11d)中的所述按钮(12)的圆周表面上有环形槽(12a)；叉簧片(19)为矩形薄弹片，其一端固紧插接在锁定装置顶板(11a)与一个垂耳(11b)连接处的槽中，其伸出在方孔(11d)的部分为两个叉片(19b)，这两个叉片(19b)之间为叉簧片槽(19a)，这两个叉片(19b)分别插在相应位置的所述按钮(12)上环形槽(12a)两侧之一的槽中，所述环形槽(12a)包围的所述按钮(12)的中部夹在所述叉簧片槽(19a)中；沿轴向用力按压按钮(12)，使齿条(8)与面板(1)紧密接触，所述面板(1)对所述齿条(8)的静摩擦力可阻止该齿条(8)相对该面板(1)上下移动；释放按钮(12)，其在叉簧片(19)弹力的作用下与齿条(8)脱离接触，所述齿条(8)可相对面板(1)上下移动；
齿条单向移动控制装置由手柄座(14)、手柄(15)、弹片(16)、压柄弹簧(17)、手柄轴(18)组成；
手柄座(14)为长方体形，内、外并列的两个手柄座(14)之一的后表面与相应位置的齿条(8)上尖齿(8a)指向的面板(1)上前表面的下部固紧连接，这两个手柄座(14)之间有一个长方体形空腔，手柄(15)的一端位于该空腔中且该端有轴孔；手柄轴(18)穿过手柄(15)上轴孔且与所述手柄(15)固紧连接在一起，所述手柄轴(18)的两端分别从所述手柄(15)的两侧之一向外伸出后，分别穿过相应位置的两个手柄座(14)之一上的对应轴孔，所述手柄轴(18)与所述手柄座(14)固定连接在一起，压柄弹簧(17)套装在所述手柄(15)与外侧的手柄座(14)之间的所述手柄轴(18)上，手柄轴(18)从内侧的手柄座(14)上的轴孔向外伸出后，与弯曲薄弹片(16)的一端(16a)固紧连接，所述弹片(16)的另一端(16b)伸向面板(1)的横向中部；当手柄(15)倒向上方时，其上弹片(16)的另一端(16b)与齿条(8)上方的尖齿(8a)接触，所述弹片(16)与所述尖齿(8a)相互协同配合，使所述齿条(8)只能相对面板(1)向上移动但不能向下移动；当手柄(15)倒向下方时，其上弹片(16)的另一端(16b)与齿条(8)下方的尖齿(8a)接触，所述弹片(16)与所述尖齿(8a)相互协同配合，使所述齿条(8)只能相对面板(1)向下移动但不能向上移动；当手柄(15)与面板(1)垂直时，其上弹片(16)也与所述面板(1)垂直，所述弹片(16)的另一端(16b)与齿条(8)上的尖齿(8a)不接触，所述齿条(8)可相对面板(1)上下移动。
2.一种使用权利要求1所述多功能教学弹簧秤的方法，所述方法是这样的；
多功能教学弹簧秤在由竖直使用变为水平使用，或由水平使用变为竖直使用，或久未使用再重新使用，均需要事先指针调零；
一，测量力的大小：
多功能教学弹簧秤上的手柄(15)倒向下方，将被测物体挂接在齿条(8)的挂钩(13)上，测量过程中所述齿条(8)向外伸出；测量完毕，或者先读取测量数据然后取下该被测物体，或者先取下该被测物体然后读取测量数据；
二，验证牛顿第三定律：
两个多功能教学弹簧秤上的轴线位于同一水平直线上，两个挂钩(13)相互连接，两个指针(9)的针尖分别指向对应刻度(10)上的零刻度线，两个手柄(15)都倒向下方；或者将这两个多功能教学弹簧秤沿该水平直线彼此分开，或者一个多功能教学弹簧秤保持水平静止，另一个多功能教学弹簧秤沿该水平直线移开，在此过程中两个齿条(8)都向外伸出；让学生观察作用力与反作用力是否大小相等，然后分析作用力与反作用力是否方向相反；
三，演示超重现象并计算加速度，含下面A、B两种情况：
A.多功能教学弹簧秤上的拉手(7)挂在电梯的顶板上或壁上，手柄(15)与面板(1)垂直时在挂钩(13)上挂上重量小于最大刻度值的实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄(15)倒向下方；电梯离开低层上升，当齿条(8)相对位置保持不变时，读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＞F1，说明物体在竖直加速上升过程中处于超重状态；
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a；
B.多功能教学弹簧秤上的拉手(7)挂在电梯的顶板上或壁上，手柄(15)与面板(1)垂直时在挂钩(13)上挂上重量小于最大刻度值的实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄(15)倒向下方；按压按钮(12)锁定齿条(8)；电梯离开高层下降，当电梯快要停止时释放所述按钮(12)，然后读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＞F1，说明物体在竖直减速下降过程中也处于超重状态；
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a；
综合上述两种情况，物体是否处于超重状态，不是由其运动方向或速度方向决定的，而是由其加速度的方向决定的；当物体加速度的方向竖直向上时，物体处于超重状态；
四，演示失重现象并计算加速度，含下面A、B两种情况：
A.多功能教学弹簧秤上的拉手(7)挂在电梯的顶板上或壁上，手柄(15)与面板(1)垂直时在挂钩(13)上挂上实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄(15)倒向上方；电梯离开高层加速下降，当齿条(8)相对位置保持不变时，读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＜F1，说明物体在竖直加速下降过程中处于失重状态；
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a；
B.多功能教学弹簧秤上的拉手(7)挂在电梯的顶板上或壁上，手柄(15)与面板(1)垂直时在挂钩(13)上挂上实验物体；电梯保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄(15)倒向上方；按压按钮(12)锁定齿条(8)；电梯离开低层上升，当电梯快要停止时释放所述按钮(12)，然后读取多功能教学弹簧秤上的指示值F2；F2＜F1，说明物体在竖直减速上升过程中也处于失重状态；
利用公式F1＝mg，算出实验物体的质量m，再根据牛顿第二定律F2-F1＝ma，算出实验物体的加速度a；
综合上述两种情况，物体是否处于失重状态，不是由其运动方向或速度方向决定的，而是由其加速度的方向决定的；当物体的加速度方向竖直向下时，物体处于失重状态；
五，演示完全失重现象：
长橡皮条的一端挂于高处，另一端连接挂有实验物体的多功能教学弹簧秤上的拉手(7)；所述多功能教学弹簧秤保持静止状态时记录实验物体的重力F1，然后将手柄(15)倒向上方；按下按钮(12)锁定齿条(8)，举高所述多功能教学弹簧秤，然后将所述按钮(12)和所述多功能教学弹簧秤同时释放；所述多功能教学弹簧秤连同其上实验物体做自由落体运动，然后再做减速运动直到静止，读取其测量值F2；F2＝0，说明物体在自由落体运动过程中处于完全失重状态；
六，演示向心力，研究向心力与角速度、旋转半径的关系，含下面A、B、C三步：
多功能教学弹簧秤沿径向固紧连接在转台的水平台面上，其上的面板(1)朝上，拉手(7)靠近转轴，取下挂钩(13)，用螺钉将实验物体固紧连接于该齿条(8)的下端，所述实验物体与所述台面不接触，再将手柄(15)倒向下方；
A.转台旋转时，实验物体沿径向向外相对移动，说明该实验物体受到向心力作用；当所述转台停止旋转时，读取向心力的大小和测量实验物体圆周运动的半径；
B.改变多功能教学弹簧秤在转台上的安装位置，转台以相同转速旋转；通过实验得出如下结论：在角速度不变的情况下，向心力与圆周运动的半径成正比；
C.在转台上画一个圆圈，该圆圈的圆心在转轴的轴线上；改变多功能教学弹簧秤在转台上的安装位置，使实验物体与该转轴的轴线的距离小于该圆圈的半径；转台的转速逐渐增大，使实验物体的运动轨迹与所述圆圈重合；通过实验得出如下结论：在圆周运动半径相同的情况下，向心力与角速度的平方成正比。
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