CN109712489A - 一种抛体运动演示仪 - Google Patents
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Abstract
为了快速而准确地验证自由落体运动规律、机械能守恒定律和平抛运动规律，我们提供一种抛体运动演示仪。该演示仪主要由摆锤、支撑杆、短滑杆、光电门、计时器、螺钉、半圆盘、轻质弹簧、支架、面板、水平挡板和底座组成。按照本发明所提供的设计方案，可以测出竖直方向下落的小球在不同高度处的瞬时速度和下落高度，验证自由落体运动规律和机械能守恒定律，能绘出两小球的大致运动轨迹，使学生更直观的理解学习平抛运动，将自由落体、机械能守恒和平抛运动三个实验结合在一个演示仪上，节约成本，更有利于实验探究教学的开展。
Description
技术领域
本发明涉及一种物理教学实验仪器，特别是涉及一种抛体运动演示仪。
背景技术
抛体运动实验是高中物理教学中比较重要的实验，现在大都使用打点计时器来验证自由落体运动规律和机械能守恒定律，重物带动纸带下落，摩擦阻力较大，实验误差也大；平抛运动演示仪实验时，用小锤敲弹性金属片，不能保证每一次都用相同的力敲打，只能定性研究平抛运动，不能绘出物体的运动轨迹，敲打金属片不能保证小球A做平抛运动，总是略向上的斜抛运动，高度无法调节，只能观察到仪器设定的一个高度，演示不具有普遍性。
发明内容
为了克服以上的不足，快速并准确地测出物体自由落下时在不同高度处的瞬时速度，判断出该点的动能和势能变化，描绘出物体做平抛运动的轨迹，更好地得出平抛运动的运动规律，本发明提供一种抛体运动演示仪，涉及一种物理教学实验仪器。该演示仪主要由摆锤、轻杆、支撑杆、短滑杆、小木块、小球A、光电门1、螺母1、光电门2、计时器、螺钉、半圆盘、弹簧框、轻质弹簧、小球B、支架、面板、绘图纸、复写纸和白纸、螺母2、水平挡板、底座、图钉、水平仪、螺杆和支撑脚组成，作为一个整体使用非常方便。按照本发明所提供的设计方案，该演示仪的平抛运动由原来的手动敲打铁片变为由摆锤从固定高度释放撞击短滑杆，每一次都用相同的力敲打，改变挡板高度，可多次进行实验，也可描绘出小球做平抛运动的轨迹，由光电门和计时器自动测出小球竖直方向上的瞬时速度，由定性研究变成定量研究，更有利于实验探究教学的开展。本发明解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。
1.所述的摆锤固定在轻杆的一端，轻杆的另一端套在半圆盘的圆心处的螺钉上，调节螺钉可以固定或放松轻杆，轻杆能绕螺钉转动，半圆盘的边沿有均匀角刻度，半圆盘的下端通过螺钉和支撑杆固定在支架的后面，轻质弹簧安装在弹簧框中间，短滑杆穿过弹簧框和支架顶板中间的空槽挂在弹簧框上，能沿弹簧框自由滑动，自由释放摆锤，摆锤刚好能打在短滑杆上。
2. 所述的光电门2固定在底座、小球A的正下方位置处，不能移动，光电门1固定在水平挡板上，复写纸和白纸铺在水平挡板的上面，绘图纸用图钉固定在面板上面，用来记录小球落下的位置，复写纸和白纸以及绘图纸都可以随时更换，水平挡板两端有空槽，通过螺母1和螺母2固定在支架上，调节螺母1和螺母2，光电门1跟随水平挡板一起可以左右移动，也可以上下移动。
3. 所述的面板上刻有均匀的长度刻度，在自由落体的时间间隔相等处标记有刻度，计时器和水平仪粘贴在底座两端，小木块、弹簧框、光电门2、面板都固定在支架上不能移动，整个演示仪由支撑脚支撑，支撑脚上有螺杆可以调节整个演示仪的平衡。
4. 所述的小球A和小球B是不透光材质，规格相同，直径不超过1.5厘米。
本发明的有益效果是，改变了原始实验用小木锤敲打木块，可能存在斜上抛的现象；可以测出竖直方向下落的小球在不同高度处的瞬时速度和下落高度，验证自由落体运动规律和机械能守恒定律；可以绘出物体做平抛运动的大致轨迹，使学生更直观的理解学习平抛运动，通过比较和分析，就可以得出平抛运动的规律；将自由落体、机械能守恒和平抛运动三个实验结合在一个演示仪上，大大节约了教具成本及放置空间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，其中图1是本发明的结构示意图。
具体实施例
本发明提供了一种抛体运动演示仪，能用新的实验方案和传统的实验方法有机结合，快速并准确地验证自由落体运动规律、平抛运动规律和机械能守恒定律。
本发明的结构示意图如图1所示，包括摆锤（1）、轻杆（2）、支撑杆（3）、短滑杆（4）、小木块（5）、小球A（6）、光电门1（7）、螺母1（8）、光电门2（9）、计时器（10）、螺钉（11）、半圆盘（12）、弹簧框（13）、轻质弹簧（14）、小球B（15）、支架（16）、面板（17）、绘图纸（18）、复写纸和白纸（19）、螺母2（20）、水平挡板（21）、底座（22）、图钉（23）、水平仪（24）、螺杆（25）、支撑脚（26）。摆锤（1）固定在轻杆（2）的一端，轻杆（2）的另一端套在半圆盘（12）的圆心处的螺钉（11）上，调节螺钉（11）可以固定或放松轻杆（2），轻杆（2）能绕螺钉（11）转动，半圆盘（12）的边沿有均匀角刻度，半圆盘（12）的下端通过螺钉和支撑杆（3）固定在支架（16）的后面，轻质弹簧（14）安装在弹簧框（13）中间，短滑杆（4）穿过弹簧框（13）和支架（16）顶板中间的空槽挂在弹簧框（13）上，能沿弹簧框（13）自由滑动，自由释放摆锤（1），摆锤（1）刚好能打在短滑杆（4）上；光电门2（9）固定在底座（22）、小球A（6）的正下方位置处，不能移动，光电门1（7）固定在水平挡板（21）上，复写纸和白纸（19）铺在水平挡板（21）的上面，绘图纸（18）用图钉（23）固定在面板（17）上面，用来记录小球落下的位置，复写纸和白纸（19）以及绘图纸（18）都可以随时更换，水平挡板（21）两端有空槽，通过螺母1（8）和螺母2（20）固定在支架（16）上，调节螺母1（8）和螺母2（20），光电门1（7）跟随水平挡板（21）一起可以左右移动，也可以上下移动，面板（17）上刻有均匀的长度刻度，在自由落体的时间间隔相等处标记有刻度，计时器（10）和水平仪（24）粘贴在底座（22）两端，小木块（5）、弹簧框（13）、光电门2（9）、面板（17）都固定在支架（16）上不能移动，整个演示仪由支撑脚（26）支撑，支撑脚（26）上有螺杆（25）可以调节整个演示仪的平衡；小球A（6）和小球B（15）是不透光材质，规格相同，直径不超过1.5厘米。
在本实施例中，首先调节两支撑脚（26）上的螺杆（25），让水平仪（24）中的气泡在中间位置，使整个演示仪平衡。
验证自由落体运动规律和机械能守恒定律。把小球A（6）放在小木块（5）和短滑杆（4）中间，靠轻质弹簧（14）的弹力作用小球A（6）不会下落，调节螺母1（8）和螺母2（20），移动水平挡板（21），使小球A（6）正对光电门1（7），小球A（6）下落时能够顺利通过光电门1（7）和光电门2（9）的中央。接通计时器（10）和光电门电路，将摆锤（1）拉到一个固定刻度（用轻杆（2）对准刻度）由静止释放，撞击短滑杆（4），使小球A（6）做自由落体运动，记录小球A（6）通过光电门1（7）和光电门2（9）的瞬时速度和间隔时间以及挡板高度，改变挡板高度，多次实验；把小球A（6）换成其他材质且质量不同的小球，在相同的挡板高度处重复上述操作，对比小球通过光电门1（7）和光电门2（9）的瞬时速度和间隔时间以及速度的变化量，通过比较和计算，就可以验证自由落体运动规律和机械能守恒定律（中学阶段不考虑小球转动）。
验证平抛运动规律。把小球A（6）放在小木块（5）和短滑杆（4）中间，小球B（15）放在短滑杆（4）的L型弯折处，调节螺母1（8）和螺母2（20），移动水平挡板（21），使光电门1（7）在小球A（6）的左下方，小球A（6）下落时能够顺利打在水平挡板（21）上。关闭计时器（10）和光电门电路，将摆锤（1）拉到一个固定刻度（用轻杆（2）对准刻度）由静止释放，撞击短滑杆（4），使小球A（6）做自由落体运动，小球B（15）做平抛运动，仔细听小球A（6）和小球B（15）打在水平挡板（21）上的声音（两球下落只有一个响声），判断两个小球是否同时落地，依据两球打击复写纸和白纸（19）留下的印迹，用笔在绘图纸（18）上对应描点，记录挡板高度，改变挡板高度（根据标记刻度改变，方便找规律），多次实验并对应描点，用顺滑的曲线连接所描的点，就能绘出两小球的大致运动轨迹，通过比较和分析，就可以得出平抛运动的规律。
Claims (4)
1.一种抛体运动演示仪，该演示仪主要由摆锤、轻杆、支撑杆、短滑杆、小木块、小球A、光电门1、螺母1、光电门2、计时器、螺钉、半圆盘、弹簧框、轻质弹簧、小球B、支架、面板、绘图纸、复写纸和白纸、螺母2、水平挡板、底座、图钉、水平仪、螺杆和支撑脚组成，其特征在于所述的摆锤固定在轻杆的一端，轻杆的另一端套在半圆盘的圆心处的螺钉上，调节螺钉可以固定或放松轻杆，轻杆能绕螺钉转动，半圆盘的边沿有均匀角刻度，半圆盘的下端通过螺钉和支撑杆固定在支架的后面，轻质弹簧安装在弹簧框中间，短滑杆穿过弹簧框和支架顶板中间的空槽挂在弹簧框上，能沿弹簧框自由滑动，自由释放摆锤，摆锤刚好能打在短滑杆上。
2.根据权利要求1所述的一种抛体运动演示仪，其特征在于所述的光电门2固定在底座、小球A的正下方位置处，不能移动，光电门1固定在水平挡板上，复写纸和白纸铺在水平挡板的上面，绘图纸用图钉固定在面板上面，用来记录小球落下的位置，复写纸和白纸以及绘图纸都可以随时更换，水平挡板两端有空槽，通过螺母1和螺母2固定在支架上，调节螺母1和螺母2，光电门1跟随水平挡板一起可以左右移动，也可以上下移动。
3.根据权利要求1所述的一种抛体运动演示仪，其特征在于所述的面板上刻有均匀的长度刻度，在自由落体的时间间隔相等处标记有刻度，计时器和水平仪粘贴在底座两端，小木块、弹簧框、光电门2、面板都固定在支架上不能移动，整个演示仪由支撑脚支撑，支撑脚上有螺杆可以调节整个演示仪的平衡。
4.根据权利要求1所述的一种抛体运动演示仪，其特征在于所述的小球A和小球B是不透光材质，规格相同，直径不超过1.5厘米。
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| CN201910109623.5A CN109712489A (zh) | 2019-02-11 | 2019-02-11 | 一种抛体运动演示仪 |
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| CN (1) | CN109712489A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113391091A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-14 | 浙江大学 | 一种转动坐标系下自由落体实际加速度的测量装置及方法 |
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2019
- 2019-02-11 CN CN201910109623.5A patent/CN109712489A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN113391091A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-14 | 浙江大学 | 一种转动坐标系下自由落体实际加速度的测量装置及方法 |
| CN113391091B (zh) * | 2021-05-28 | 2022-04-01 | 浙江大学 | 一种转动坐标系下自由落体实际加速度的测量装置及方法 |
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