CN109708784A - 一种用于高中物理实验的拉力计及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于教学实验演示装置领域，尤其涉及一种用于高中物理实验的拉力计及其组装方法，包括弹簧、圆筒管、调节螺栓、感应显示装置。避免使用传统的游标卡子，消除了游标卡子滑动不畅带来的实验误差，通过调节螺栓，很容易调整好拉力计零点位置，从拉力计各方向上都能观察拉力的大小，组装方式简单、方便。

Description

一种用于高中物理实验的拉力计及其组装方法

技术领域

本发明属于教学实验演示装置领域，尤其涉及一种用于高中物理实验的拉力计及其组装方法。

背景技术

高中物理实验的拉力计，一般由弹簧、外壳、刻度指示部分组成，常见的为条盒型、圆筒管型。根据胡克定律，弹簧从自然状态出发，被拉伸一定的长度，指示对应的拉力。

但是，目前所用的拉力计存在一些不足，一是拉力计使用游标卡子的移动位置指示具体的拉力，拉力计使用一段时间后，游标卡子和外壳连接处磨损、变形或生锈，容易产生滑动不畅，给弹簧施加一个额外的力，影响测力结果，影响实验的准确性和演示效果；二是拉力计调零不方便，测力计使用一段时间后，常发生零点漂移，需要重新调零，调节游标卡子的操作不方便；三是拉力计刻度的观察只能在一个方向上，视线需正对着游标卡子，如果稍有偏离，就会观察不到刻度或产生读数误差。

发明内容

本发明的目的之一，提供一种用于高中物理实验的拉力计，包括弹簧、圆筒管、调节螺栓、感应显示装置，所述圆筒管为圆柱筒型，圆筒管上端设置有端盖，端盖中心设置有螺纹孔，螺纹孔适配调节螺栓，圆筒管下端中心设置有圆环，中心圆环定位弹簧；所述弹簧设置在圆筒管内，弹簧上端连接调节螺栓，弹簧下端穿过圆筒管定位圆环；所述调节螺栓穿过圆筒管端盖，下端连接弹簧；所述感应显示装置，包括显示装置和感应装置，所述显示装置包覆圆筒管的柱身，并设置有刻度，所述感应装置固定设置在弹簧上，随弹簧伸缩而上下运动，显示装置显示出对应的运动位置。

拉力计的弹簧上端由穿过圆筒管端盖的调节螺栓固定，弹簧下端由圆筒管的定位圆环定位，使弹簧与圆筒管方向一致、保持平行，采用感应显示装置，避免使用游标卡子，消除了游标卡子滑动不畅带来的实验误差，通过调节螺栓，很容易调整好拉力计零点位置。

优选地，所述显示装置为磁片，磁片为密封夹层结构，夹层透明或半透明，夹层内填充有色磁粉或铁粉，磁片外表面设置有刻度，所述感应装置为磁铁，固定设置在弹簧上。

弹簧伸缩时，带动磁铁上下运动，磁铁吸附磁片内的磁粉或铁粉，带动磁粉或铁粉一起运动，由于磁粉或铁粉带有颜色、不透明，并且夹层透明或半透明，所以实验人员会很明显观察出磁粉或铁粉的聚集位置，结合磁片外表面设置的刻度，即可指示出弹簧的拉力大小。

进一步地，所述磁铁为圆盘或圆环状。

进一步地，所述磁片在圆筒管柱身圆周各方向上设置有刻度。

圆盘或圆环的磁铁形状，能使圆筒管的圆周各方向上都会有磁粉或铁粉聚集，从而在圆筒管的圆周各方向上都能观察拉力的大小。

优选地，磁粉或铁粉的颗粒粒度大小为10μm到90μm。

磁粉或铁粉颗粒过大，一是使磁粉或铁粉运动的阻力变大，影响磁粉或铁粉的流动性，二是会影响磁粉或铁粉指示位置的边界清晰度，影响实验精度；磁粉或铁粉颗粒过小，一方面会不必要地增加生产成本，另一方面也会对安全造成隐患，如果磁片的密封夹层被破坏，磁粉或铁粉泄露到空气中，过小的磁粉或铁粉颗粒不易沉降，容易被人体通过呼吸道吸入体内。

优选地，所述磁片由塑料制成，具体可以为PE、HDPE、PP、GPPS、PMMA、PC或PPO。

在制作过程中，塑料中不添加有色颜料或色母粒，保持塑料本身的透明或半透明程度。

进一步地，所述磁片外表面做防油、防刮花处理。

所述防油、防刮花处理，既可以在磁片外表面镀膜，也可以在磁片成型过程中添加防油、防刮花的处理剂。

优选地，所述磁片外表面刻度为凸痕或凹痕或凹凸结合痕。

在材料上加工出凸痕或凹痕或凹凸结合痕，利用凹或凸痕在透明或半透明材料的透光性能不同，能很明显观察到具体的刻度。

优选地，所述磁片外表面刻度为印刷刻线。

在材料上用印刷机印刷或转印刻线，指示刻度。

优选地，调节螺栓下端设通孔，弹簧上端穿过通孔与调节螺栓连接。

通过弹簧上端贯穿调节螺栓通孔的方式，组装简单、方便，灵活性好。

本发明的目的之一，提供一种用于高中物理实验的拉力计的组装方法，包括以下过程：

S1，在弹簧上放置磁铁，在磁片外表面加工出刻度，圆通管管身上包覆磁片；

S2，将弹簧放置在圆筒管中，弹簧上端对应圆筒管上端，弹簧下端对应圆筒管下端；

S3，定位圆环穿过弹簧下端，连接并固定在圆筒管下端；

S4，调节螺栓穿过端盖中心孔，露出调节螺栓下端的通孔；

S5，弹簧上端贯穿调节螺栓的通孔，弹簧连接调节螺栓；

S6，端盖连接并固定在圆通管上端；

S7，调整调节螺栓，使拉力计调零。

有益效果：

1、避免使用传统的游标卡子，消除了游标卡子滑动不畅带来的实验误差。

2、通过调节螺栓，带动弹簧相对于圆筒管运动，很容易调整好拉力计零点位置。

3、采用磁铁作为感应装置，磁片作为显示装置，磁铁与磁片不需要直接接触即可发生相互作用，避免了直接机械接触的一系列弊端，而且装置简单可靠。

4、通过透明的磁片以及与圆盘或圆环的磁铁形状相结合，能使圆筒管的圆周各方向上都会有磁粉或铁粉聚集，从拉力计各方向上都能观察拉力的大小。

5、拉力计的弹簧上端贯穿调节螺栓通孔的方式，结构简单，灵活性好。

6、拉力计组装方式简单、方便。

附图说明

图1为拉力计结构示意图；

图2为拉力计立体结构示意图；

图3为感应显示装置结构示意图；

图4为感应显示装置局部放大结构示意图；

图5为端盖、调节螺栓、弹簧连接结构示意图；

其中，1弹簧；2圆筒管，21端盖，231端盖孔，22定位圆环；3调节螺栓，31通孔；41感应装置，42显示装置，421夹层，422磁粉，43刻度。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的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。

实施例1

如附图1至附图5所示，一种用于高中物理实验的拉力计，包括弹簧1、圆筒管2、调节螺栓3、感应显示装置，所述圆筒管2为圆柱筒型，圆筒管上端设置有端盖21，端盖中心设置有螺纹孔231，螺纹孔231适配调节螺栓3，圆筒管下端中心设置有圆环22，中心圆环22定位弹簧1；所述弹簧1设置在圆筒管2内，弹簧1上端连接调节螺栓3，弹簧1下端穿过定位圆环22；所述调节螺栓3穿过圆筒管端盖21，调节螺栓3下端连接弹簧1；所述感应显示装置，包括显示装置42和感应装置41，所述显示装置42包覆圆筒管2的柱身，并设置有刻度43，所述感应装置41固定设置在弹簧1上，随弹簧伸缩而上下运动，显示装置42显示出对应的运动位置。

拉力计的弹簧1上端由穿过圆筒管端盖21的调节螺栓3固定，弹簧1下端由圆筒管的定位圆环22定位，使弹簧1与圆筒管2方向一致、保持平行，采用感应显示装置，避免使用游标卡子，消除了游标卡子滑动不畅带来的实验误差，通过调节螺栓，很容易调整好拉力计零点位置。

实施例2

在实施例1的基础上，如附图5所示，本实施例的调节螺栓3下端设通孔31，弹簧1上端穿过通孔31与调节螺栓3连接。

通过弹簧上端贯穿调节螺栓通孔的方式，组装简单、方便，灵活性好。

实施例3

在实施例1的基础上，如附图3、附图4所示，本实施例的显示装置42为磁片，磁片为密封夹层结构，夹层421透明或半透明，夹层内填充有色磁粉422，磁片外表面设置有刻度43，所述感应装置41为磁铁，固定设置在弹簧1上。

弹簧伸缩时，带动磁铁41上下运动，磁铁41吸附磁片内的磁粉422，带动磁粉422一起运动，由于磁粉422带有颜色、不透明，并且夹层421透明或半透明，所以实验人员会很明显观察出磁粉422的聚集位置，结合磁片外表面设置的刻度43，即可指示出弹簧的拉力大小。

圆筒管可以为圆柱筒框架，由包覆圆柱筒框架的磁片维持拉力计的形状，磁铁吸附磁粉不受圆筒管影响。

磁粉422的颗粒粒度大小为10μm(微米)到90μm(微米)，本发明人经过试验得出，如果磁粉颗粒过大，大于60μm，尤其是大于90μm时，磁粉运动的阻力会强烈地变大，影响磁粉的运动性能，而且会影响磁粉指示位置的边界清晰度，造成指示位置模糊，肉眼观察不明晰，影响实验精度；本发明人经过试验得出，磁粉颗粒过小，小于20μm，尤其是小于10μm时，对磁粉运动性能的改善效果已经不明显，而且，磁粉的粒径越小，采购成本、加工成本也更高，另一方面，磁粉颗粒过小也会对安全造成隐患，如果磁片的密封夹层被破坏，磁粉泄露到空气中，过小的磁粉颗粒不易沉降，容易被人体通过呼吸道吸入体内。

实施例4

在实施例1的基础上，如附图3、附图4所示，本实施例的显示装置42为磁片，磁片为密封夹层结构，夹层421透明或半透明，夹层内填充铁粉，磁片外表面设置有刻度43，所述感应装置41为磁铁，固定设置在弹簧1上。

弹簧伸缩时，带动磁铁41上下运动，磁铁41吸附磁片内的铁粉，带动铁粉一起运动，由于铁粉带有颜色、不透明，并且夹层421透明或半透明，所以实验人员会很明显观察出铁粉的聚集位置，结合磁片外表面设置的刻度43，即可指示出弹簧的拉力大小。

磁铁41为圆盘或圆环状，圆筒管柱身的圆周各方向上设置有刻度43，即包覆圆筒管柱身周圈的磁片上都设置有刻度，圆盘或圆环的磁铁形状，能使圆筒管的圆周各方向上都会有磁粉或铁粉聚集，从而在圆筒管的圆周各方向上都能观察拉力的大小。

圆筒管由不能被磁化的材料制成，圆筒管不影响磁铁对磁粉或铁粉的吸附。

实施例5

在实施例3的基础上，本实施例的磁片由塑料制成，具体可以为PE、HDPE、PP、GPPS、PMMA、PC或PPO，在制作过程中，塑料中不添加有色颜料或色母粒，保持塑料本身的透明或半透明程度即可。磁片外表面做防油、防刮花处理，既可以在磁片外表面镀膜，也可以在磁片成型过程中添加防油、防刮花的处理剂。磁片外表面刻度为凸痕或凹痕或凹凸结合痕，在材料上加工出凸痕或凹痕或凹凸结合痕，利用凹或凸痕在透明或半透明材料的透光性能不同，能很明显观察到具体的刻度。

实施例6

在实施例4的基础上，本实施例的磁片外表面刻度为印刷刻线，在材料上用印刷机印刷或转印刻线，指示刻度。

实施例7

一种用于高中物理实验的拉力计的组装方法，包括以下过程：

S1，在弹簧上放置磁铁，在磁片外表面加工出刻度，圆通管管身上包覆磁片；

S2，将弹簧放置在圆筒管中，弹簧上端对应圆筒管上端，弹簧下端对应圆筒管下端；

S3，定位圆环穿过弹簧下端，连接并固定在圆筒管下端；

S4，调节螺栓穿过端盖中心孔，露出调节螺栓下端的通孔；

S5，弹簧上端贯穿调节螺栓的通孔，弹簧连接调节螺栓；

S6，端盖连接并固定在圆通管上端；

S7，调整调节螺栓，使拉力计调零。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，包括弹簧、圆筒管、调节螺栓、感应显示装置，所述圆筒管为圆柱筒型，圆筒管上端设置有端盖，端盖中心设置有螺纹孔，螺纹孔适配调节螺栓，圆筒管下端中心设置有圆环，中心圆环定位弹簧；所述弹簧设置在圆筒管内，弹簧上端连接调节螺栓，弹簧下端穿过圆筒管定位圆环；所述调节螺栓穿过圆筒管端盖，下端连接弹簧；所述感应显示装置，包括显示装置和感应装置，所述显示装置包覆圆筒管的柱身，并设置有刻度，所述感应装置固定设置在弹簧上，随弹簧伸缩而上下运动，显示装置显示出对应的运动位置。

2.根据权利要求1所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述显示装置为磁片，磁片为密封夹层结构，夹层透明或半透明，夹层内填充有色磁粉或铁粉，磁片外表面设置有刻度；所述感应装置为磁铁，固定设置在弹簧上。

3.根据权利要求2所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述磁粉或铁粉的颗粒粒度大小为10μm到90μm。

4.根据权利要求2所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述磁铁为圆盘或圆环状；所述磁片在圆筒管柱身圆周各方向上设置有刻度。

5.根据权利要求2所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述磁片由塑料制成，具体为PE、HDPE、PP、GPPS、PMMA、PC或PPO。

6.根据权利要求2所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述磁片外表面做防油、防刮花处理。

7.根据权利要求2所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述磁片外表面刻度为凸痕或凹痕或凹凸结合痕。

8.根据权利要求2所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述磁片外表面刻度为印刷刻线。

9.根据权利要求1至8任一项所述的用于高中物理实验的拉力计，其特征在于，所述调节螺栓下端设通孔，弹簧上端穿过通孔与调节螺栓连接。

10.一种用于高中物理实验的拉力计的组装方法，其特征在于，包括以下过程：

S1，在弹簧上放置磁铁，在磁片外表面加工出刻度，圆通管管身上包覆磁片；

S2，将弹簧放置在圆筒管中，弹簧上端对应圆筒管上端，弹簧下端对应圆筒管下端；

S3，定位圆环穿过弹簧下端，连接并固定在圆筒管下端；

S4，调节螺栓穿过端盖中心孔，露出调节螺栓下端的通孔；

S5，弹簧上端贯穿调节螺栓的通孔，弹簧连接调节螺栓；

S6，端盖连接并固定在圆通管上端；

S7，调整调节螺栓，使拉力计调零。