CN108305543A - 一种用于教学的物理实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于教学的物理实验装置，包括底座，所述底座后端设置有水槽，所述水槽内设置有浮球阀，所述水槽前设置有三个盛水杯和三个带有刻度的集水杯，所述三个盛水杯下部分别与水槽下部通过三个过水管连通，所述浮球阀预设的水槽水位高度与盛水杯溢水口的高度相同，所述水槽两侧设有两个立杆，所述立杆上套设有活动管，所述活动管上从上到下设置有第一横杆组件、第二横杆组件和第三横杆组件。本发明的用于教学的物理实验装置结构合理，使用方便，可调节装置整体高度，高度调节稳定，实现了多组实验同步进行，实现了排水量的测定的方便性和准确性。

Description

一种用于教学的物理实验装置

技术领域

本发明涉及物理实验器材技术领域，具体涉及一种用于教学的物理实验装置。

背景技术

在物理教学中对浮力定律的表述为：浮力是指浸在静止流体中的物体受到来自流体各个方向的作用力的合力，物体受到浮力的大小等于该物体排开流体的重力。这个浮力定律是由公元前古希腊著名学者阿基米德首次发现的，故又称为“阿基米德浮力定律”，也称为“阿基米德原理”，它的数学表达式为：F＝G＝mg＝Vρg。在上述表达式中：F为浮力；G为排开流体的重力；m为排开流体的质量；g为重力加速度；V为排开流体的体积；ρ为流体的密度。

在中学物理教程中，浮力定律是一个重点教学章节，同时也是一个教学难点，大多数老师都是采用实验教学方式引导学生观察浮力现象并逐渐认识掌握浮力定律的基本知识。正因为如此，有关阿基米德原理的实验教具在中学物理教学中占有特殊地位和作用。

但是，现有的有关阿基米德原理的实验装置存在以下问题：

1、V的测量不方便和不准确。因为测量V需要向盛水杯内加水至溢水口位置，然后将集水杯放置于盛水杯的溢水口下面用于收集溢排水。但手操作加水至溢水口不仅操作麻烦，而且很不容易实现，如果没加到盛水杯溢水口，则测量的V偏小，实验结果出现偏差，如果加水超过盛水杯溢水口，则通过集水杯测量的V偏大，同样造成实验结果出现偏差。

2、现有的实验装置不能升降，尤其针对弹簧测力计的升降操作繁琐且不便，而且，弹簧测力计测量过程中不稳定，易产生晃荡，造成测量不准确。

3、现有的实验装置结构简单，仅能进行单一验证，对比实验只能先后多次操作，不能同时进行对比实验，操作繁琐，费时费力，没有很好的对比性，不利于学生彻底领悟学习。

4、实验操作复杂冗长且占用较长的课堂时间，也会影响实验演示的直观性、趣味性进而干扰弱化了学生认识物理规律的能力。

发明内容

本发明目的是，针对现有上述各种技术的缺点与不足，经过分析、实验及使用，提供一种用于教学的物理实验装置。

本发明的具体方案是：一种用于教学的物理实验装置，包括底座，所述底座后端设置有水槽，所述水槽内设置有浮球阀，所述浮球阀连接有进水管，所述水槽前设置有三个盛水杯和三个带有刻度的集水杯，所述盛水杯与集水杯依次间隔设置，所述三个盛水杯下部分别与水槽下部通过三个过水管连通，其中一个过水管上安装有手动单向阀，另外两个过水管上安装有阀门，在盛水杯的杯壁上部设置有溢水管，所述溢水管自由端位于集水杯上方，所述浮球阀预设的水槽水位高度与盛水杯溢水口的高度相同；

所述水槽两侧设有两个立杆，所述立杆前侧构造有一排凸齿，所述立杆上套设有活动管，所述活动管前侧开设有将凸齿暴露而出的开口，两个活动管上连接有储物柜，所述活动管上端贯穿储物柜至其顶部，所述立杆从活动管上端伸出，所述储物柜下设有开口向后的“L”型折板，所述“L”型折板位于两个立杆之间；

所述活动管上从上到下设置有第一横杆组件、第二横杆组件和第三横杆组件，所述第一横杆组件包括第一横杆、穿装在第一横杆右侧的第一斜齿齿轮、穿装在第一横杆两端的第一轴承以及连接在第一轴承内侧的第一直齿齿轮，所述第一轴承通过第一轴承座固定在开口右侧，所述第一直齿齿轮与凸齿啮合，所述第一横杆悬置在“L”型折板内，所述第一横杆卷绕有记载实验流程的展示布；所述第二横杆组件包括第二横杆、穿装在第二横杆上的三个绕线轮、穿装在第二横杆右侧的第二斜齿齿轮以及连接在第二横杆两端的第二轴承，所述第二轴承通过第二轴承座固定在活动管上，所述第二斜齿齿轮位于第一斜齿齿轮正下方；右侧立杆上还设置有调节机构，所述调节机构包括转盘、固定在转盘中心后端的螺杆、设置在螺杆后端的第三轴承以及与第三轴承侧壁连接的管夹，所述转盘周缘固定有向前伸出的手柄，所述管夹与活动管活动连接，通过活动管夹以使螺杆与第二斜齿齿轮或第一斜齿齿轮啮合；所述第三横杆组件包括第三横杆、“L”型支撑架和具有螺纹孔固定座，所述“L”型支撑架设置在右侧活动管上，所述固定座设置在左侧活动管上，所述第三横杆上穿装有若干依次相连的夹片，所述夹片两侧均形成有截圆锥状的凸起，所述第三横杆左端形成与螺纹孔配合的外螺纹，所述第三横杆右端搭接在“L”型支撑架上并在端部形成旋钮；所述三个绕线轮分别通过第一连接绳连接有一个弹簧测力计，所述第一连接绳搭接在第三横杆上，所述三个弹簧测力计分别位于三个盛水杯正上方，所述三个弹簧测力计分别通过第二连接绳连接有体积相同的两个铁块和一个铝块，所述第三横杆下方通过三个第三连接绳连接有三个弹簧测力计，所述集水杯通过三个第四连接绳分别悬挂三个弹簧测力计下方。

优选地，所述“L”型折板在底座上的投影位于水槽后方。

优选地，所述两个活动管外侧均设有将活动管与立杆锁紧的锁紧钮。

优选地，所述立杆上端可拆卸连接有圆形限位板，所述限位板直径大于活动管。

采用上述技术方案，本发明产生的技术效果有：本发明的用于教学的物理实验装置结构合理，使用方便。通过升高调节机构与第一横杆组件配合，可调节装置整体高度，同时，调节弹簧测力计、两个铁块、一个铝块以及集水杯的高度，以便找到合适的操作高度，并且在降低高度后方便运输；卷绕在第一横杆上的展示布，展示布向下伸出的长度可随着活动管升高而加大，随着活动管降低而减小，以便在实验时充分展开，方便实验者参照，在闲置时或运输时收纳起来。通过升高调节机构与第二横杆组件配合，可稳定调节弹簧测力计、两个铁块和一个铝块的高度，再配合第三横杆组件，保证了实验中弹簧测力计、两个铁块和一个铝块升降的稳定性，提高实验结果的准确性；另外，实现了多组实验、对比实验的同步进行，提高了学生对阿基米德原理的理解。本发明装置利用浮球阀和连通器原理的巧妙结合，在对盛水杯加水时能准确至盛水杯溢水口位置，不多不少，实现了V即排水量的测定的方便性和准确性。

附图说明

图1是本发明提供的用于教学的物理实验装置展开图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

需要说明的是，本发明中的左、右、上、下、前和后等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

参考图1，本发明实施例提供一种用于教学的物理实验装置。该用于教学的物理实验装置包括长方体状的底座100，所述底座100后端设置有水槽110，所述水槽110内设置有浮球阀111，所述浮球阀111连接有进水管，浮球阀111用于控制水槽110内水位高度，所述水槽110还连接有排水管。水槽110前设置有三个盛水杯120和三个带有刻度的集水杯130，所述盛水杯120与集水杯130依次交替间隔设置，所述三个盛水杯120下部分别与水槽110下部通过三个过水管140连通，其中一个过水管140上安装有手动单向阀，手动单向阀采用本领域常见手动单向阀，用于保证盛水杯120高度满足要求的同时，避免盛装盐水时对水槽110内纯水造成影响，另外两个过水管140上安装有阀门。在盛水杯120的杯壁上部设置有溢水管121，溢水管121入口为盛水杯120的溢水口，所述溢水管121自由端位于集水杯130上方，所述浮球阀111预设的水槽110水位高度与盛水杯120溢水口的高度相同，这样在打开过水管140上手动单向阀和阀门时，实现了三个盛水杯120内的水位正好达到溢水口，操作方便快捷，实验的测量的排水量也更加准确，同时方便下一次实验进行。

本发明的水槽110两侧设有两个立杆150，所述立杆150前侧构造有一排凸齿151，凸齿151自立杆150下端延伸至其上端，所述立杆150上套设有活动管160，活动管160可相对立杆150上下活动，所述两个活动管160外侧均设有将活动管160与立杆150锁紧的锁紧钮162，所述活动管160前侧开设有将凸齿151暴露而出的开口161。两个活动管160上连接有储物柜170，储物柜170开口向前，储物柜170设置柜门，所述活动管160上端贯穿储物柜170至其顶部，所述立杆150从活动管160上端伸出，所述立杆150上端可拆卸连接有圆形限位板152，所述限位板152直径大于活动管160，限位板152可限定装置能升高的最大高度，以防止第一横杆组件脱离立杆150。储物柜170下设有开口向后的“L”型折板180，所述“L”型折板180位于两个立杆150之间。

本发明的活动管160上从上到下设置有第一横杆组件、第二横杆组件和第三横杆组件，所述第一横杆组件包括第一横杆191、穿装在第一横杆191右侧的第一斜齿齿轮192、穿装在第一横杆191两端的第一轴承193以及连接在第一轴承193内侧的第一直齿齿轮194，所述第一轴承193通过第一轴承座固定在开口161右侧，所述第一直齿齿轮194与凸齿151啮合，所述第一横杆191悬置在“L”型折板180内，所述第一横杆191卷绕有记载实验流程的展示布200以方便实验组参照实验，提高实验效果，所述“L”型折板180在底座100上的投影位于水槽110后方，这样设计是为了避免展示布200在下降至水槽110。

另外，第二横杆组件包括第二横杆210、穿装在第二横杆210上的三个绕线轮211、穿装在第二横杆210右侧的第二斜齿齿轮211以及连接在第二横杆210两端的第二轴承212，所述第二轴承212通过第二轴承座固定在活动管160上，所述第二斜齿齿轮211位于第一斜齿齿轮192正下方。右侧立杆150上还设置有调节机构，所述调节机构包括转盘220、固定在转盘中心后端的螺杆221、设置在螺杆221后端的第三轴承以及与第三轴承侧壁连接的管夹222，所述转盘220周缘固定有向前伸出的手柄，所述管夹222与活动管160活动连接，通过上下活动管夹160以使螺杆221与第二斜齿齿轮211或第一斜齿齿轮192啮合。

另外，第三横杆组件包括第三横杆230、“L”型支撑架231和具有螺纹孔固定座232，所述“L”型支撑架231设置在右侧活动管160上，所述固定座232设置在左侧活动管160上，所述第三横杆230上穿装有若干依次相连的夹片233，所述夹片233两侧均形成有截圆锥状的凸起，所述第三横杆230左端形成与螺纹孔配合的外螺纹，所述第三横杆230右端搭接在“L”型支撑架231上并在端部形成旋钮。三个绕线轮211分别通过第一连接绳240连接有一个弹簧测力计，所述第一连接绳240搭接在第三横杆230上，所述三个弹簧测力计分别位于三个盛水杯120正上方，所述三个弹簧测力计分别通过第二连接绳250连接有体积相同的两个铁块和一个铝块，所述第三横杆230下方通过三个第三连接绳260连接有三个弹簧测力计，所述集水杯130通过三个第四连接绳270分别悬挂三个弹簧测力计下方。

本发明的用于教学的物理实验装置结构合理，使用方便。通过升高调节机构与第一横杆组件配合，可调节装置整体高度，同时，调节弹簧测力计、两个铁块、一个铝块以及集水杯130的高度，以便找到合适的操作高度，并且在降低高度后方便运输；卷绕在第一横杆191上的展示布200，展示布200向下伸出的长度可随着活动管160升高而加大，随着活动管160降低而减小，以便在实验时充分展开，方便实验者参照，在闲置时或运输时收纳起来。通过升高调节机构与第二横杆组件配合，可稳定调节弹簧测力计、两个铁块和一个铝块的高度，再配合第三横杆组件，保证了实验中弹簧测力计、两个铁块和一个铝块升降的稳定性，提高实验结果的准确性；另外，实现了多组实验、对比实验的同步进行，提高了学生对阿基米德原理的理解。本发明装置利用浮球阀111和连通器原理的巧妙结合，在对盛水杯120加水时能准确至盛水杯溢水口位置，不多不少，实现了V即排水量的测定的方便性和准确性。

具体使用方法如下：

(1)移动活动管160上的管夹222，使得螺杆221与第一斜齿齿轮192啮合，转动手柄，将整个实验装置升高至合适位置，同时，展开展示布200；再移动活动管160上的管夹222，使得螺杆221与第二斜齿齿轮211啮合；

(2)打开过水管140上的阀门，使得三个盛水杯120内的水自动加至溢水口位置，然后关闭阀门；

(3)记录6个弹簧测力计的初始值，在其中一个铁块下方的盛水杯120内加入食盐搅拌均匀；

(4)转动手柄，缓慢降低两个铁块和一个铝块的高度，使其浸入盛水杯120内液体中，观察开始浸入至完全浸入过程，两个铁块和一个铝块上的弹簧测力计的读数均逐渐减小，根据F浮＝G-F可知浮力逐渐增大，观察集水杯130中V排逐渐增大，即可得出：V排越大浮力越大；

(5)在两个铁块和一个铝块完全浸入盛水杯120内液体中，记录6个弹簧测力计的最终值，最终值与初始值相减验证F浮＝G排，进行三组验证，另外，也可根据集水杯130的刻度读取没有加入食盐的两组V排，验证：F浮＝ρ液g V排；

(6)观察没有加入食盐的两组，弹簧测力计的差值相同，即F浮、G排相同，可得出浮力大小与物理密度无关；

(7)观察重物为铁块的两组，铁块完全浸入时，加入食盐的测得浮力大于未加入食盐的，说明体积相同时，液体密度越大浮力越大；

(8)在两个铁块和一个铝块完全浸入盛水杯120内液体中之后，转动手柄，继续缓慢降低两个铁块和一个铝块的高度，发现6个弹簧测力计的读书不在发生变化，说明浮力与浸入深度无关。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于教学的物理实验装置，包括底座，其特征在于：所述底座后端设置有水槽，所述水槽内设置有浮球阀，所述浮球阀连接有进水管，所述水槽前设置有三个盛水杯和三个带有刻度的集水杯，所述盛水杯与集水杯依次间隔设置，所述三个盛水杯下部分别与水槽下部通过三个过水管连通，其中一个过水管上安装有手动单向阀，另外两个过水管上安装有阀门，在盛水杯的杯壁上部设置有溢水管，所述溢水管自由端位于集水杯上方，所述浮球阀预设的水槽水位高度与盛水杯溢水口的高度相同；

所述水槽两侧设有两个立杆，所述立杆前侧构造有一排凸齿，所述立杆上套设有活动管，所述活动管前侧开设有将凸齿暴露而出的开口，两个活动管上连接有储物柜，所述活动管上端贯穿储物柜至其顶部，所述立杆从活动管上端伸出，所述储物柜下设有开口向后的“L”型折板，所述“L”型折板位于两个立杆之间；

所述活动管上从上到下设置有第一横杆组件、第二横杆组件和第三横杆组件，所述第一横杆组件包括第一横杆、穿装在第一横杆右侧的第一斜齿齿轮、穿装在第一横杆两端的第一轴承以及连接在第一轴承内侧的第一直齿齿轮，所述第一轴承通过第一轴承座固定在开口右侧，所述第一直齿齿轮与凸齿啮合，所述第一横杆悬置在“L”型折板内，所述第一横杆卷绕有记载实验流程的展示布；所述第二横杆组件包括第二横杆、穿装在第二横杆上的三个绕线轮、穿装在第二横杆右侧的第二斜齿齿轮以及连接在第二横杆两端的第二轴承，所述第二轴承通过第二轴承座固定在活动管上，所述第二斜齿齿轮位于第一斜齿齿轮正下方；右侧立杆上还设置有调节机构，所述调节机构包括转盘、固定在转盘中心后端的螺杆、设置在螺杆后端的第三轴承以及与第三轴承侧壁连接的管夹，所述转盘周缘固定有向前伸出的手柄，所述管夹与活动管活动连接，通过活动管夹以使螺杆与第二斜齿齿轮或第一斜齿齿轮啮合；所述第三横杆组件包括第三横杆、“L”型支撑架和具有螺纹孔固定座，所述“L”型支撑架设置在右侧活动管上，所述固定座设置在左侧活动管上，所述第三横杆上穿装有若干依次相连的夹片，所述夹片两侧均形成有截圆锥状的凸起，所述第三横杆左端形成与螺纹孔配合的外螺纹，所述第三横杆右端搭接在“L”型支撑架上并在端部形成旋钮；所述三个绕线轮分别通过第一连接绳连接有一个弹簧测力计，所述第一连接绳搭接在第三横杆上，所述三个弹簧测力计分别位于三个盛水杯正上方，所述三个弹簧测力计分别通过第二连接绳连接有体积相同的两个铁块和一个铝块，所述第三横杆下方通过三个第三连接绳连接有三个弹簧测力计，所述集水杯通过三个第四连接绳分别悬挂三个弹簧测力计下方。

2.根据权利要求1所述的用于教学的物理实验装置，其特征在于：所述“L”型折板在底座上的投影位于水槽后方。

3.根据权利要求1所述的用于教学的物理实验装置，其特征在于：所述两个活动管外侧均设有将活动管与立杆锁紧的锁紧钮。

4.根据权利要求1所述的用于教学的物理实验装置，其特征在于：所述立杆上端可拆卸连接有圆形限位板，所述限位板直径大于活动管。