CN109637300A - 一种高中生物理实验拉力测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高中生物理实验拉力测试仪，包括真空组合装置和置于所述真空组合装置底部的控制托板；所述真空组合装置由透明圆形封闭罩、旋转盘、测试方形块和电子弹簧拉力计构成；所述透明圆形封闭罩上的顶部侧壁和底部侧壁设置连通内腔的两个密封配合套；本发明是采用真空组合装置上的透明圆形封闭罩通过真空泵提供一个真空的环境，减少空气阻力，具有模拟太空卫星运动的环境，同时磁斥槽板内设置三面电磁板一和电磁板二，测试方形块在其内通过永磁铁板悬浮，由此可排除认可摩擦阻力，而且电子弹簧拉力计和测试方形块采用向心连接，所以此实验过程只和单一的电子弹簧拉力计产生的拉力相关，实验准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及物理教学实验器材技术领域，具体为一种高中生物理实验拉力测试仪。
背景技术
牛顿第二定律F＝ma是瞬时定律，通过瞬时加速度可测的顺势的拉力，而目前的实验方法采用斜面滑动的方法，通常采用恒定重力分解成转换成的恒定的拉力，借助过电磁打点计时器测得被测物体滑落的位移和时间，进而计算出加速度，配合物体质量验证恒定的拉力和加速度的关系；
而上述方法，限制因素太多，首先要平衡摩擦力，提供一个斜面进行平衡斜面摩擦力，根据斜面角度进行力学分解，斜面角度不能随意变换；借助电磁打点计时器，由于滑动过程较快，电磁打点计时器计时短，通过过程实验来验证即时拉力，误差大，而且此装置功能单一；因此本发明提供一种高中生物理实验拉力测试仪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高中生物理实验拉力测试仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高中生物理实验拉力测试仪，包括真空组合装置和置于所述真空组合装置底部的控制托板；
所述真空组合装置由透明圆形封闭罩、旋转盘、测试方形块和电子弹簧拉力计构成；
所述透明圆形封闭罩上的顶部侧壁和底部侧壁设置连通内腔的两个密封配合套，所述旋转盘的顶部一侧位于中心位置贯穿设置有回转轴，所述旋转盘位于所述透明圆形封闭罩内且通过所述回转轴的两端和两个所述密封配合套贯穿配合与所述透明圆形封闭罩连接；
其中，所述旋转盘的顶部侧壁设置有磁斥槽板，所述测试方形块设置所述磁斥槽板内且配合使用，所述回转轴顶部一端侧壁焊接有监控板，所述回转轴的外边侧位于所述旋转盘的上部设置有安装台，所述电子弹簧拉力计的一端设置在所述安装台的一侧；
所述控制托板的顶部侧壁设置有调速电机和真空泵，所述调速电机的电机轴和所述回转轴的底部一端连接，所述透明圆形封闭罩的外边侧设置有连通内腔的管接头，所述真空泵通过管路和所述管接头连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述磁斥槽板开口朝上且在所述旋转盘向心布置，所述电子弹簧拉力计的另一侧设置有拉力连接头，所述拉力连接头通过线体和所述测试方形块连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述测试方形块的两侧壁和底部侧壁均设置有永磁铁板，所述磁斥槽板的内侧壁对称设置有电磁板一且位于槽底设置有电磁板二，所述电磁板一和电磁板二与所述永磁铁板配合使用。
作为本发明的一种优选实施方式，所述监控板的底部侧壁设置有和所述磁斥槽板对应的摄像头，所述控制托板的一侧设置有显示屏，所述显示屏通过电线与所述电子弹簧拉力计、摄像头和调速电机连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述磁斥槽板上设置有位移刻度。
作为本发明的一种优选实施方式，所述显示屏上设置有图像区、拉力计数区、计时区和电机转速计数区，所述计时区上设置有计时按钮。
作为本发明的一种优选实施方式，所述电磁板一和电磁板二的磁性与所述永磁铁板可相斥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、真空组合装置上的透明圆形封闭罩通过真空泵提供一个真空的环境，减少空气阻力，具有模拟太空卫星运动的环境，同时磁斥槽板内设置三面电磁板一和电磁板二，测试方形块在其内通过永磁铁板悬浮，由此可排除认可摩擦阻力，而且电子弹簧拉力计和测试方形块采用向心连接，所以此实验过程只和单一的电子弹簧拉力计产生的拉力相关，实验准确度高；
2、调速电机的按照不同转速旋转，从而带动测试方形块在磁斥槽板内无摩擦离心运动，电子弹簧拉力计具有重心引力的作用，带动测试方形块在磁斥槽板内滑动的即时加速度通过调速电机角速度通过半径即可计算出，通过计算和拉力计数区产生的即时数据是相等进行验证；
3、通过圆周旋转向心力公式F＝mv^2/r，可计算出模拟太空物体变换轨道所产生线速度的变化和向心力发生的变化，具有模拟太空卫星变换轨道的功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的真空组合装置的结构示意图；
图3为本发明的不含透明圆形封闭罩的真空组合装置的结构示意图；
图4为本发明的控制托板的结构示意图；
图中：1-真空组合装置、11-透明圆形封闭罩、111-密封配合套、12-旋转盘、121-回转轴、1211-监控板、122-磁斥槽板、1221-电磁板一、1222-电磁板二、1223-位移刻度、13-测试方形块、14-电子弹簧拉力计、14-电子弹簧拉力计、15-摄像头、2-控制托板、21-调速电机、22-真空泵、23-显示屏、231-图像区、232-拉力计数区、233-计时区、234-电机转速计数区、3-线体。
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1-4，本发明提供一种技术方案：
一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：包括真空组合装置1和置于所述真空组合装置1底部的控制托板2；
所述真空组合装置1由透明圆形封闭罩11、旋转盘12、测试方形块13和电子弹簧拉力计14构成；
所述透明圆形封闭罩11上的顶部侧壁和底部侧壁设置连通内腔的两个密封配合套111，所述旋转盘12的顶部一侧位于中心位置贯穿设置有回转轴121，所述旋转盘12位于所述透明圆形封闭罩11内且通过所述回转轴121的两端和两个所述密封配合套111贯穿配合与所述透明圆形封闭罩11连接；
其中，所述旋转盘12的顶部侧壁设置有磁斥槽板122，所述测试方形块13设置所述磁斥槽板122内且配合使用，所述回转轴121顶部一端侧壁焊接有监控板1211，所述回转轴121的外边侧位于所述旋转盘12的上部设置有安装台，所述电子弹簧拉力计14的一端设置在所述安装台的一侧；
所述控制托板2的顶部侧壁设置有调速电机21和真空泵22，所述调速电机21的电机轴和所述回转轴121的底部一端连接，所述透明圆形封闭罩11的外边侧设置有连通内腔的管接头，所述真空泵22通过管路和所述管接头连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述磁斥槽板122开口朝上且在所述旋转盘12向心布置，所述电子弹簧拉力计14的另一侧设置有拉力连接头，所述拉力连接头通过线体3和所述测试方形块13连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述测试方形块13的两侧壁和底部侧壁均设置有永磁铁板，所述磁斥槽板122的内侧壁对称设置有电磁板一1221且位于槽底设置有电磁板二1222，所述电磁板一1221和电磁板二1222与所述永磁铁板配合使用。
作为本发明的一种优选实施方式，所述监控板1211的底部侧壁设置有和所述磁斥槽板122对应的摄像头15，所述控制托板2的一侧设置有显示屏23，所述显示屏23通过电线与所述电子弹簧拉力计14、摄像头15和调速电机21连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述磁斥槽板122上设置有位移刻度1223。
作为本发明的一种优选实施方式，所述显示屏23上设置有图像区231、拉力计数区232、计时区233和电机转速计数区234，所述计时区233上设置有计时按钮。
作为本发明的一种优选实施方式，所述电磁板一1221和电磁板二1222的磁性与所述永磁铁板可相斥。
工作原理：本实验装置是验证牛顿第二定律(F＝ma)和模拟卫星运动改变轨道后向心力(F＝mv^2/r)的变化,上述公式中F：弹性拉力，m：测试方形块13的质量，a：测试方形块13的向心加速度，v：测试方形块13的线速度，r：测试方形块13相对回转轴121之间的距离(通过位移刻度1223获得)；真空组合装置1上的透明圆形封闭罩11通过控制托板2上的真空泵22实现透明圆形封闭罩11内处于真空状态，消除空气阻力的影响，同时位于透明圆形封闭罩11内旋转盘12上的磁斥槽板122上设置三面电磁板一1221和电磁板二1222，其产生的磁悬浮力对测试方形块13进行悬浮支撑，由此可排除和磁斥槽板122之间的摩擦力，测试方形块13和电子弹簧拉力计14连接，所以测试方形块13只受到弹簧拉力计14的作用，排除重力加速度的影响；调速电机21连接旋转盘12提供旋转角速度(ω)；本模拟装置通过测试方形块13在磁斥槽板122内半径相对位置的变化进行验证拉力的大小；实验原理：当调速电机21以一定速度(V1)旋转时，此时旋转盘12以一定角速度(ω1)旋转，此时测试方形块13在磁斥槽板122内向外持续运动并对电子弹簧拉力计14产生不同的拉力，通过ma＝m rω^2得出数据对比显示屏23上的拉力计数区232显示的适时拉力是否一致进行验证牛顿第二定律“F＝ma”；然后进行模拟卫星轨道变化对应电子弹簧拉力计14对应数据，当需要改变测试方形块13的运行轨道时，通过改变调速电机21的转速，待测试方形块13匀速圆周运动后，通过mv^2/r计算得出的数据是否和电子弹簧拉力计14测的数据一致，从而验证模拟卫星运动改变轨道后的向心力。
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 (7)
1.一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：包括真空组合装置(1)和置于所述真空组合装置(1)底部的控制托板(2)；
所述真空组合装置(1)由透明圆形封闭罩(11)、旋转盘(12)、测试方形块(13)和电子弹簧拉力计(14)构成；
所述透明圆形封闭罩(11)上的顶部侧壁和底部侧壁设置连通内腔的两个密封配合套(111)，所述旋转盘(12)的顶部一侧位于中心位置贯穿设置有回转轴(121)，所述旋转盘(12)位于所述透明圆形封闭罩(11)内且通过所述回转轴(121)的两端和两个所述密封配合套(111)贯穿配合与所述透明圆形封闭罩(11)连接；
其中，所述旋转盘(12)的顶部侧壁设置有磁斥槽板(122)，所述测试方形块(13)设置所述磁斥槽板(122)内且配合使用，所述回转轴(121)顶部一端侧壁焊接有监控板(1211)，所述回转轴(121)的外边侧位于所述旋转盘(12)的上部设置有安装台，所述电子弹簧拉力计(14)的一端设置在所述安装台的一侧；
所述控制托板(2)的顶部侧壁设置有调速电机(21)和真空泵(22)，所述调速电机(21)的电机轴和所述回转轴(121)的底部一端连接，所述透明圆形封闭罩(11)的外边侧设置有连通内腔的管接头，所述真空泵(22)通过管路和所述管接头连接。
2.根据权利要求1所述的一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：所述磁斥槽板(122)开口朝上且在所述旋转盘(12)向心布置，所述电子弹簧拉力计(14)的另一侧设置有拉力连接头，所述拉力连接头通过线体(3)和所述测试方形块(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：所述测试方形块(13)的两侧壁和底部侧壁均设置有永磁铁板，所述磁斥槽板(122)的内侧壁对称设置有电磁板一(1221)且位于槽底设置有电磁板二(1222)，所述电磁板一(1221)和电磁板二(1222)与所述永磁铁板配合使用。
4.根据权利要求1所述的一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：所述监控板(1211)的底部侧壁设置有和所述磁斥槽板(122)对应的摄像头(15)，所述控制托板(2)的一侧设置有显示屏(23)，所述显示屏(23)通过电线与所述电子弹簧拉力计(14)、摄像头(15)和调速电机(21)连接。
5.根据权利要求1所述的一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：所述磁斥槽板(122)上设置有位移刻度(1223)。
6.根据权利要求4所述的一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：所述显示屏(23)上设置有图像区(231)、拉力计数区(232)、计时区(233)和电机转速计数区(234)，所述计时区(233)上设置有计时按钮。
7.根据权利要求1所述的一种高中生物理实验拉力测试仪，其特征在于：所述电磁板一(1221)和电磁板二(1222)的磁性与所述永磁铁板相斥。
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