CN109410713A - 一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，包括主体外框，所述主体外框的内部设置有主滑轨，所述主滑轨与主体外框焊接固定，所述主滑轨上安装有第一分滑轨，所述第一分滑轨的下方设置有第三分滑轨，所述第三分滑轨和第一分滑轨之间设置有第二分滑轨，所述第一分滑轨、第二分滑轨和第三分滑轨均与主滑轨为一体式结构，本发明设置了横导轨和第四电动伸缩杆，设置的横导轨在两个滚珠碰撞完成后通过转动使第一滚珠脱离横导轨，并通过第四电动伸缩杆将第一滚珠抬升至一定高度再放下，实验过程中无需人为操作，且省去繁琐的装置调试，全自动化的对动量守恒进行实验验证，且将验证的结果在显示屏上进行显示。

Description

一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置

技术领域

本发明属于物理实验装置技术领域，具体涉及一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置。

背景技术

动量守恒定律的内容是指一个系统不受外力或所受外力之和为零或内力远远大于外力，这个系统的总动量保持不变，动量守恒是指在经典力学中线性动量P＝mv，即动量P是物体的质量m和速度v的乘积，在高中物理知识的学习过程中，学生将会接触并学习动量守恒的知识，采用公式推导的方式不利于学生直观了解动量守恒，而通过相关的实验装置则利于学生学习和了解相关知识，其中通过两个滚珠碰撞来验证的方式较为常用。

但是目前市场上的高中物理用动量守恒实验装置使用效果不佳，需要教学人员对装置进行调试，且实验过程需要进行多步骤的操作，较为繁琐，不能实现自动化演示，实验的精度不高，在实验的过程中需要人工进行的测量数据和计算数值，在测量和计算的过程中易产生误差，影响精度，实验的速度较慢，需要多次测量滚珠在碰撞前的速度，后才能进行碰撞实验，实验的过程中需要消耗白纸、复写纸能材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，以解决上述背景技术中提出的需要进行多步骤的操作，较为繁琐，不能实现自动化演示，人工进行测量数据和计算数值，在测量和计算的过程中易产生误差，影响精度，实验的速度较慢，需要多次测量滚珠在碰撞前的速度，后才能进行碰撞实验，实验的过程中需要消耗白纸、复写纸能材料的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，包括主体外框，所述主体外框的内部设置有主滑轨，所述主滑轨与主体外框焊接固定，所述主滑轨上安装有第一分滑轨，所述第一分滑轨的下方设置有第三分滑轨，所述第三分滑轨和第一分滑轨之间设置有第二分滑轨，所述第一分滑轨、第二分滑轨和第三分滑轨均与主滑轨为一体式结构，所述主滑轨的一侧设置有横导轨，所述横导轨的顶端设置有第一滚珠，所述第一滚珠的一侧设置有第二滚珠，所述第二滚珠远离第一滚珠的一侧设置有第三电动伸缩杆，且第三电动伸缩杆与横导轨固定连接，所述第三电动伸缩杆上设置有第一电磁铁，所述横导轨的下方设置有水平板，所述水平板与主体外框为一体式结构，所述主体外框的一侧设置有空心框。

优选的，所述空心框的内部安装有横直杆，所述横直杆上设置有摆线，所述摆线的底端设置有连接螺纹头，所述连接螺纹头上安装有摆球，且连接螺纹头与摆球通过螺纹旋合连接，所述摆球的一侧设置有吸铁石，所述吸铁石远离摆球的一侧设置有磁性写字板，所述空心框的一侧设置有侧门，所述侧门通过阻尼转轴与空心框转动连接。

优选的，所述横导轨的底端设置有第一孔板，所述水平板的顶端设置有第二孔板，所述第一孔板和第二孔板通过转轴转动连接，所述水平板的下方设置有第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆的自由端贯穿水平板与横导轨固定连接，所述。

优选的，所述第二电动伸缩杆的一侧设置有横板，所述横板的顶端设置有第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆上安装有推板，所述推板远离第一电动伸缩杆的一侧设置有挡板，所述挡板的一侧设置有限位板。

优选的，所述限位板的上方设置有第四电动伸缩杆，所述第四电动伸缩杆的一侧设置有光滑直杆，所述光滑直杆与主体外框固定连接，所述主体外框上套设有圆环片，所述圆环片的一侧设置有直板，所述直板上安装有第五电动伸缩杆，所述第五电动伸缩杆上安装有第二电磁铁，所述第二电磁铁的底端设置有对接筒，所述对接筒上开设有卡合孔。

优选的，所述横导轨的一侧设置有第一支撑板，所述第一支撑板上安装有第一测速仪，所述第一支撑板的一侧设置有第二支撑板，所述第二支撑板上安装有第二测速仪，所述第一支撑板和第二支撑板均与主体外框固定连接。

优选的，所述主体外框的顶端设置有显示屏，所述显示屏的一侧设置有按键板，所述主体外框的底端设置有万向轮，所述万向轮共设置有四个，且四个万向轮分别分布在主体外框的四个拐角处，所述主体外框上设置有观察窗。

优选的，所述按键板、显示屏、第四电动伸缩杆、第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆、第五电动伸缩杆、第二电磁铁、第一电磁铁、第一测速仪和第二测速仪均与外部控制器电性连接。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明设置了横导轨和第四电动伸缩杆，设置的横导轨在两个滚珠碰撞完成后通过转动使第一滚珠脱离横导轨，并通过第四电动伸缩杆将第一滚珠抬升至一定高度再放下，实验过程中无需人为操作，且省去繁琐的装置调试，全自动化的对动量守恒进行实验验证，且将验证的结果在显示屏上进行显示，使学生能够直观的了解实验过程和结果。

(2)本发明设置了第二测速仪和显示屏，通过设置的第二测速仪将第一滚珠和第二滚珠碰撞后的速度直接得出，从而根据动量守恒公式可以直接进行验证，省去传统方式中对滚珠落点的测量和计算，同时，通过显示屏将处理器计算得出的数据直接显示出来，实验过程中无需人工进行测量数据和计算数值，直接得出滚珠碰撞后的速度，实验精度高。

(3)本发明设置了第一测速仪，设置的第一测速仪能够直接测量出第一滚珠在未碰撞之前的速度，无需在碰撞之前进行第一滚珠初始速度的测量，从而可以直接进行碰撞实验，既能缩短实验的时间，又能简化实验步骤。

(4)本发明设置了主滑轨和横导轨，通过设置的主滑轨和横导轨即可完成全部的实验操作，无需消耗白纸、复写纸等材料来得出实验数据，从而节省材料。

(5)本发明设置了磁性写字板和吸铁石，在摆球摆动的过程中，吸铁石会从磁性写字板附近划过。从而使磁性写字板上留下摆球摆动的轨迹，在完成一次摆动碰撞后，将磁性写字板取出即可通过留下的轨迹高度对比得出实验结果，在直观了解实验结果的同时，无需再另行对摆球摆动的高度进行测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明A处的发大图；

图3为本发明直板的结构示意图；

图4为本发明对接筒的结构示意图；

图5为本发明横导轨的剖视图；

图6为本发明第一支撑板的结构示意图；

图7为本发明第二支撑板的结构示意图；

图8为本发明横板的侧视图；

图9为本发明的外观图；

图10为本发明摆球的结构示意图；

图11为本发明的电路框图；

图中：1、横板；2、横导轨；3、推板；4、第一电动伸缩杆；5、第二电动伸缩杆；6、万向轮；7、水平板；8、第三电动伸缩杆；9、摆球；10、连接螺纹头；11、摆线；12、空心框；13、横直杆；14、磁性写字板；15、按键板；16、显示屏；17、第四电动伸缩杆；18、圆环片；19、直板；20、光滑直杆；21、主体外框；22、限位板；23、第一分滑轨；24、第二分滑轨；25、第三分滑轨；26、主滑轨；27、第一支撑板；28、第一滚珠；29、第二支撑板；30、第二滚珠；31、第一电磁铁；32、挡板；33、第一孔板；34、第二孔板；35、第五电动伸缩杆；36、第二电磁铁；37、对接筒；38、卡合孔；39、第一测速仪；40、第二测速仪；41、观察窗；42、侧门；43、吸铁石。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图11所示，本发明提供一种技术方案：一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，包括主体外框21，主体外框21的内部设置有主滑轨26，主滑轨26与主体外框21焊接固定，主滑轨26上安装有第一分滑轨23，第一分滑轨23的下方设置有第三分滑轨25，第三分滑轨25和第一分滑轨23之间设置有第二分滑轨24，第一分滑轨23、第二分滑轨24和第三分滑轨25均与主滑轨26为一体式结构，主滑轨26的一侧设置有横导轨2，横导轨2的顶端设置有第一滚珠28，第一滚珠28和第二滚珠30均为铁球，且第二滚珠30为空心球，第一滚珠28的一侧设置有第二滚珠30，第二滚珠30远离第一滚珠28的一侧设置有第三电动伸缩杆8，且第三电动伸缩杆8与横导轨2固定连接，第三电动伸缩杆8上设置有第一电磁铁31，横导轨2的下方设置有水平板7，水平板7与主体外框21为一体式结构，主体外框21的一侧设置有空心框12。

进一步的，空心框12的内部安装有横直杆13，横直杆13上设置有摆线11，摆线11的底端设置有连接螺纹头10，连接螺纹头10上安装有摆球9，且连接螺纹头10与摆球9通过螺纹旋合连接，摆球9的一侧设置有吸铁石43，吸铁石43远离摆球9的一侧设置有磁性写字板14，空心框12的一侧设置有侧门42，侧门42通过阻尼转轴与空心框12转动连接。

具体地，横导轨2的底端设置有第一孔板33，水平板7的顶端设置有第二孔板34，第一孔板33和第二孔板34通过转轴转动连接，水平板7的下方设置有第二电动伸缩杆5，第二电动伸缩杆5的自由端贯穿水平板7与横导轨2固定连接，。

进一步的，第二电动伸缩杆5的一侧设置有横板1，横板1的顶端设置有第一电动伸缩杆4，第一电动伸缩杆4上安装有推板3，推板3远离第一电动伸缩杆4的一侧设置有挡板32，挡板32的一侧设置有限位板22。

值得说明的是，限位板22的上方设置有第四电动伸缩杆17，第四电动伸缩杆17的一侧设置有光滑直杆20，光滑直杆20与主体外框21固定连接，主体外框21上套设有圆环片18，圆环片18的一侧设置有直板19，直板19上安装有第五电动伸缩杆35，第五电动伸缩杆35上安装有第二电磁铁36，第二电磁铁36的底端设置有对接筒37，对接筒37上开设有卡合孔38。

进一步的，横导轨2的一侧设置有第一支撑板27，第一支撑板27上安装有第一测速仪39，第一支撑板27的一侧设置有第二支撑板29，第二支撑板29上安装有第二测速仪40，第一支撑板27和第二支撑板29均与主体外框21固定连接。

具体地，主体外框21的顶端设置有显示屏16，显示屏16的一侧设置有按键板15，主体外框21的底端设置有万向轮6，万向轮6共设置有四个，且四个万向轮6分别分布在主体外框21的四个拐角处，主体外框21上设置有观察窗41，观察窗41采用透明玻璃密封。

进一步的，按键板15、显示屏16、第四电动伸缩杆17、第一电动伸缩杆4、第二电动伸缩杆5、第三电动伸缩杆8、第五电动伸缩杆35、第二电磁铁36、第一电磁铁31、第一测速仪39和第二测速仪40均与外部控制器电性连接。

本发明的工作原理及使用流程：使用时，第四电动伸缩杆17将直板19带动到第一分滑轨23附近，直板19上的第五电动伸缩杆35伸长，使第二电磁铁36上吸附的第一滚珠28沿着第一分滑轨23滚下(使第二电磁铁36断电即可使解除对第一滚珠28的吸附)，第一滚珠28经第一分滑轨23进入主滑轨26，再从主滑轨26滚至横导轨2上，再在横导轨2上与第二滚珠30发生碰撞，在第一滚珠28经过第一测速仪39时，第一测速仪39对第一滚珠28的速度进行记录，当第一滚珠28与第二滚珠30碰撞时，第二测速仪40对碰撞后的第一滚珠28和第二滚珠30的速度进行记录，通过P0＝M1·V1+M2·V2(M1为第一滚珠28的质量，M2为第二滚珠30的质量，V1为第一滚珠28经过第一测速仪39时记录的速度，V2初始速度为零)，再通过P1＝M1·Va+M2·Vb(Va为第一滚珠28碰撞后记录的速度，Vb为第二滚珠30碰撞后记录的速度)，通过P0与P1的对比即可验证动量守恒，且实验的数据通过显示屏16进行显示，完成一次碰撞后到两滚珠静止后，第三电动伸缩杆8伸长，且此时第一电磁铁31通电将第二滚珠30吸附，之后第二电动伸缩杆5伸长，使横导轨2转动，从而使横导轨2上的第一滚珠28落到横板1上，再通过第一电动伸缩杆4推动第一滚珠28至限位板22处，再通过第四电动伸缩杆17伸长通过直板19上的第二电磁铁36通电将第一滚珠28吸起，从而可以继续进行实验，可以通过将第一滚珠28分别从第一分滑轨23、第二分滑轨24和第三分滑轨25上滑下，来充分验证动量的守恒，还可以将最右端的摆球9拉起，在放下后最右端的摆球9会将最左端的摆球9撞起，在两个不同的摆球9摆动的过程中，吸铁石43会随着划动，从而使磁性写字板14上留下摆球9摆动的轨迹，从而通过摆动轨迹直观的得出动量守恒。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，包括主体外框(21)，其特征在于：所述主体外框(21)的内部设置有主滑轨(26)，所述主滑轨(26)与主体外框(21)焊接固定，所述主滑轨(26)上安装有第一分滑轨(23)，所述第一分滑轨(23)的下方设置有第三分滑轨(25)，所述第三分滑轨(25)和第一分滑轨(23)之间设置有第二分滑轨(24)，所述第一分滑轨(23)、第二分滑轨(24)和第三分滑轨(25)均与主滑轨(26)为一体式结构，所述主滑轨(26)的一侧设置有横导轨(2)，所述横导轨(2)的顶端设置有第一滚珠(28)，所述第一滚珠(28)的一侧设置有第二滚珠(30)，所述第二滚珠(30)远离第一滚珠(28)的一侧设置有第三电动伸缩杆(8)，且第三电动伸缩杆(8)与横导轨(2)固定连接，所述第三电动伸缩杆(8)上设置有第一电磁铁(31)，所述横导轨(2)的下方设置有水平板(7)，所述水平板(7)与主体外框(21)为一体式结构，所述主体外框(21)的一侧设置有空心框(12)。

2.根据权利要求1所述的一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，其特征在于：所述空心框(12)的内部安装有横直杆(13)，所述横直杆(13)上设置有摆线(11)，所述摆线(11)的底端设置有连接螺纹头(10)，所述连接螺纹头(10)上安装有摆球(9)，且连接螺纹头(10)与摆球(9)通过螺纹旋合连接，所述摆球(9)的一侧设置有吸铁石(43)，所述吸铁石(43)远离摆球(9)的一侧设置有磁性写字板(14)，所述空心框(12)的一侧设置有侧门(42)，所述侧门(42)通过阻尼转轴与空心框(12)转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，其特征在于：所述横导轨(2)的底端设置有第一孔板(33)，所述水平板(7)的顶端设置有第二孔板(34)，所述第一孔板(33)和第二孔板(34)通过转轴转动连接，所述水平板(7)的下方设置有第二电动伸缩杆(5)，所述第二电动伸缩杆(5)的自由端贯穿水平板(7)与横导轨(2)固定连接，所述。

4.根据权利要求3所述的一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，其特征在于：所述第二电动伸缩杆(5)的一侧设置有横板(1)，所述横板(1)的顶端设置有第一电动伸缩杆(4)，所述第一电动伸缩杆(4)上安装有推板(3)，所述推板(3)远离第一电动伸缩杆(4)的一侧设置有挡板(32)，所述挡板(32)的一侧设置有限位板(22)。

5.根据权利要求4所述的一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，其特征在于：所述限位板(22)的上方设置有第四电动伸缩杆(17)，所述第四电动伸缩杆(17)的一侧设置有光滑直杆(20)，所述光滑直杆(20)与主体外框(21)固定连接，所述主体外框(21)上套设有圆环片(18)，所述圆环片(18)的一侧设置有直板(19)，所述直板(19)上安装有第五电动伸缩杆(35)，所述第五电动伸缩杆(35)上安装有第二电磁铁(36)，所述第二电磁铁(36)的底端设置有对接筒(37)，所述对接筒(37)上开设有卡合孔(38)。

6.根据权利要求3所述的一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，其特征在于：所述横导轨(2)的一侧设置有第一支撑板(27)，所述第一支撑板(27)上安装有第一测速仪(39)，所述第一支撑板(27)的一侧设置有第二支撑板(29)，所述第二支撑板(29)上安装有第二测速仪(40)，所述第一支撑板(27)和第二支撑板(29)均与主体外框(21)固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，其特征在于：所述主体外框(21)的顶端设置有显示屏(16)，所述显示屏(16)的一侧设置有按键板(15)，所述主体外框(21)的底端设置有万向轮(6)，所述万向轮(6)共设置有四个，且四个万向轮(6)分别分布在主体外框(21)的四个拐角处，所述主体外框(21)上设置有观察窗(41)。

8.根据权利要求7所述的一种实验精度高的高中物理用动量守恒实验装置，其特征在于：所述按键板(15)、显示屏(16)、第四电动伸缩杆(17)、第一电动伸缩杆(4)、第二电动伸缩杆(5)、第三电动伸缩杆(8)、第五电动伸缩杆(35)、第二电磁铁(36)、第一电磁铁(31)、第一测速仪(39)和第二测速仪(40)均与外部控制器电性连接。