CN110706559A - 一种杠杆教学实验仪 - Google Patents

Abstract

一种杠杆教学实验仪，包括平衡指针、记忆指针、多变杠杆转孔、钢棒、多变杠杆、有质挂套、螺钉、曲直转换钮、钩码拉线、竖直支架、刻度尺、力臂线、伸缩细杆、滑动凹槽、测力计拉线、滑轮、旋钮、导轨、移动滑块、弹簧测力计、固定滑块、底座、底座吸盘、竖直支架转孔、刻度尺转孔、底座凹槽。其有益效果是：多变杠杆成多种形状；记忆指针和平衡指针可精准确定杠杆平衡位置；有质挂套和螺钉可消除挂套对杠杆平衡的影响；旋转刻度尺和力臂线可测量任意方向力的力臂大小；力臂线的设计使用解决了力臂是什么在哪儿的问题；滑轮、导轨、弹簧测力计、滑块及旋钮等组件的设计使用，使得探究杠杆存在最小动力所满足的条件的实验得以进行。

Description

一种杠杆教学实验仪

技术领域

本发明涉及一种中学物理教学仪器，尤其是涉及一种杠杆教学实验仪。

背景技术

目前，公知的中小学生杠杆关于的实验器材存在以下几点不足：一是它没有标识出杠杆力臂是一条线段，也未标识出杠杆在不同情况下所处的具体位置，对于学生理解什么是力臂没有帮助，学生在作图是因找不到力臂的所在位置而错误百出；其次，它只能测量竖直向下力的力臂，对于其他方向力的力臂则无法测量；第三，它对于杠杆平衡定位不准确，使得实验误差较大，甚至会出现偏差；第四，杠杆平衡是随遇平衡，轻质挂套对杠杆的平衡影响不可忽略，公知的杠杆实验器材没有能够消除轻质挂套对杠杆平衡的影响；第五，它对杠杆的多样性认识还不够全面，有的学生以为直的硬棒就是杠杆，弯曲的硬棒就不是杠杆，仍有部分学生认为有一处弯曲的硬棒也算杠杆，而有多处弯曲的硬棒就不是杠杆了；第六，公知的实验器材，首先将力臂标尺水平放置，再移动钩码，这样实验者会下意识地将钩码移至相应的刻度线位置，使得实验的验证性有余而探究性不足；第七，原实验器材由于不能改变动力方向也无法测量改变方向后动力的大小和力臂的值，使得“探究杠杆存在最小动力所满足的条件”的实验无法进行。结构简单、功能单一或不到位。

发明内容

为了解决原实验器材结构简单和功能单一或不到位的不足，本发明提供一种杠杆教学实验仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种杠杆教学实验仪，包括平衡指针、记忆指针、多变杠杆转孔、钢棒、多变杠杆、有质挂套、螺钉、曲直转换钮、钩码拉线、竖直支架、刻度尺、力臂线、伸缩细杆、滑动凹槽、测力计拉线、滑轮、旋钮、导轨、移动滑块、弹簧测力计、固定滑块、底座、底座吸盘、竖直支架转孔、刻度尺转孔、底座凹槽，其特征在于：所述平衡指针、记忆指针、钢棒、多变杠杆、竖直支架、底座、底座吸盘顺次连接。所述钢棒一端穿入竖直支架转孔并水平固定在竖直支架的顶端，所述刻度尺通过转孔套在钢棒上。所述多变杠杆通过多变杠杆孔套在钢棒上，所述多变杠杆设置有曲直转换钮。所述记忆指针套在钢棒的基部紧挨但不接触竖直支架顶端，所述平衡指针与多变杠杆孔正对并粘贴在多变杠杆的背面，所述平衡指针与记忆指针外形完全相同。所述有质挂套在多变杠杆上并设置有螺钉，所述有质挂套其一、钩码拉线、钩码顺次连接，所述有质挂套其二、测力计拉线、滑轮、弹簧测力计顺次连接。所述刻度尺的一端有转孔、中间有力臂线和刻度线，所述滑动凹槽套在刻度尺上，所述滑动凹槽设置有伸缩细杆，所述伸缩细杆与力臂线垂直。所述导轨顶部设置有移动滑块两个，所述移动滑块设置有旋钮，所述导轨穿在固定滑块内，所述固定滑块固定在竖直支架的基部。所述滑轮的轮槽下缘切线跟弹簧测力计的中轴线在一条水平直线上，所述滑轮和弹簧测力计分别固定在移动滑块上。

本发明的有益效果是多变杠杆和曲直转换钮的设计使用，多变杠杆能够通过曲直转换钮变换成直、一处曲或多处曲的杠杆，对于学生认识杠杆的多样性较为全面。力臂测量仪的设计应用，解决了力臂是一条线段而且是一条从支点到力的作用线的垂线段，同时明确标识出了杠杆在不同情况下静止时，力臂所处的位置，而且能够测量任意方向力的力臂大小。力臂测量仪上的伸缩细杆的设计应用，根据测量力的需要，可以不拉长或拉长伸缩细杆，使其部分或全部跟拉线重合来测力臂，从而培养了学生根据需要来作力的示意图的延长线的习惯与自觉。平衡指针和记忆指针的设计使用，解决了杠杆原平衡位置和恢复平衡后位置存在偏差的问题，能够准确定位杠杆的平衡位置。有质挂套和螺钉的设计使用，代替并扩充了原平衡螺母调节杠杆在不同位置(静止)平衡的功能，还解决了杠杆与挂套之间的打滑问题，挂套用螺钉固定在杠杆上成为杠杆的一部分，从而消除了挂套对杠杆平衡的影响，减小了实验误差，使得实验数据更加准确可靠。滑轮、弹簧测力计、导轨和滑块等组件的设计应用，利用定滑轮不省力却能改变力的方向的特点，实现了能够多次改变动力方向和多次测量动力的大小，从而能够使“探究杠杆存在最小动力所满足条件”的实验得以有效而顺利地进行。其结构较简单，使用方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的恢复平衡前的正面结构示意图。

图2是本发明的恢复平衡前的背面结构示意图。

图3是本发明的竖直支架及底座示意图。

图4是本发明的力臂测量仪示意图。

图5是本发明的伸缩细杆示意图。

图6是本发明的滑块、导轨、细线、滑轮和弹簧测力计组件示意图。

图7是本发明的有质挂套、细线、钩码组件示意图。

图8是本发明的底座附视图。

图9是本发明的多变直杠杆正反面结构示意图。

图10是本发明的多变曲杠杆正反面结构示意图。

图11是本发明的多变直杠杆实验示意图1。

图12是本发明的多变直杠杆实验示意图2。

图13是本发明的多变直杠杆实验示意图3。

图14是本发明的多变曲杠杆实验示意图1。

图15是本发明的多变曲杠杆实验示意图2。

图16是本发明的多变曲杠杆实验示意图3。

图中1.平衡指针，2.记忆指针，3.杠杆转孔，4.钢棒，5.多变杠杆，6.有质挂套，7.挂套螺钉，8曲直转换钮，9.钩码拉线，10.钩码，11.竖直支架，12.刻度尺，13.力臂线，14.伸缩细杆，15.滑动凹槽，16.测力计拉线，17.滑轮，18.旋钮，19.导轨，20.移动滑块，21.弹簧测力计，22.固定滑块，23.底座，24.吸盘，25.竖直支架转孔26.刻度尺转孔，27.底座凹槽。

具体实施方式

在图中，一种杠杆教学实验仪，包括平衡指针1、记忆指针2、多变杠杆转孔3、钢棒4、多变杠杆5、有质挂套6、螺钉7、曲直转换钮8、钩码拉线9、竖直支架11、刻度尺12、力臂线13、伸缩细杆14、滑动凹槽15、测力计拉线16、滑轮17、旋钮18、导轨19、移动滑块20、弹簧测力计21、固定滑块22、底座23、底座吸盘24、竖直支架转孔25、刻度尺转孔26、底座凹槽27，其特征在于：所述平衡指针1、记忆指针2、钢棒4、多变杠杆5、竖直支架11、底座23、底座吸盘24顺次连接。所述钢棒4一端穿入竖直支架转孔25并水平固定在竖直支架11的顶端，所述刻度尺12通过转孔26套在钢棒4上。所述多变杠杆5通过多变杠杆孔3套在钢棒4上，所述多变杠杆5设置有曲直转换钮8。所述记忆指针2套在钢棒4的基部紧挨但不接触竖直支架11顶端，所述平衡指针1与转孔3正对并粘贴在多变杠杆5的背面，所述平衡指针1与记忆指针2外形完全相同。所述有质挂套6套在多变杠杆5上并设置有螺钉7，所述有质挂套6其一、钩码拉线9、钩码10顺次连接，所述有质挂套6其二、测力计拉线16、滑轮17、弹簧测力计21顺次连接。所述刻度尺12的一端有转孔26、中间有力臂线13和刻度线28，所述滑动凹槽15套在刻度尺12，所述滑动凹槽15设置有伸缩细杆14，所述伸缩细杆14与力臂线13垂直。所述导轨19顶部设置有移动滑块20两个，所述移动滑块20设置有旋钮18，所述导轨19穿在固定滑块22内，所述固定滑块22固定在竖直支架11的基部。所述滑轮17的轮槽下缘切线跟弹簧测力计21的中轴线在一条水平直线上，所述滑轮17和弹簧测力计21分别固定在移动滑块20上。

在使用时，第一，将多变杠杆5通过曲直转换钮8调成直杠杆，再挪动两个的有质挂套6在某一位置，并分别用螺钉7固定，然后拨动记忆指针2与平衡指针1重合。第二，调节滑轮17和弹簧测力计21的位置并固定，使测力计拉线16被拉紧，且使弹簧测力计16无示数，再在钩码拉线上挂上适当数量的钩码10，然后微调节弹簧测力计21的位置，使记忆指针2跟平衡指针1再次重合，然后读出动力和阻力值，记录在表格中。第三，将力臂测量仪的刻度尺12的转孔26套在水平钢棒4上，使刻度尺12紧挨但不碰到多变杠杆5，分别旋转刻度尺12并移动滑动凹槽15，使伸缩细杆14的全部或一部分跟拉线重合，然后读出动力臂和阻力臂的值并记录。第四，改变滑轮17的位置，重复第一、二、三步操作两次。第五，将多变杠杆5通过曲直转换钮8调成想要的曲状，重复前四步操作。第六，综合可得出如下三个结论： A.杠杆平衡条件是F₁L₁=F₂L₂； B.当动力垂直于直杠杆（受动力端直）时，存在最小动力；只有在这种情况下，杠杆动力臂正好落在杠杆之上； C.当动力垂直于曲杠杆（受动力端弯曲）的支点到动力作用点的连线时，存在最小动力，此时，动力臂正好是此连线。

Claims (8)

1.一种杠杆教学实验仪，包括平衡指针（1）、记忆指针（2）、多变杠杆转孔（3）、钢棒（4）、多变杠杆（5）、有质挂套（6）、螺钉（7）、曲直转换钮（8）、钩码拉线（9）、竖直支架（11）、刻度尺（12）、力臂线（13）、伸缩细杆（14）、滑动凹槽（15）、测力计拉线（16）、滑轮（17）、旋钮（18）、导轨（19）、移动滑块（20）、弹簧测力计（21）、固定滑块（22）、底座（23）、底座吸盘（24）、竖直支架转孔（25）、刻度尺转孔（26）、底座凹槽（27），其特征在于：所述平衡指针（1）、记忆指针（2）、钢棒（4）、多变杠杆（5）、竖直支架（11）、底座（23）、底座吸盘（24）顺次连接。

2.所述钢棒（4）一端穿入竖直支架转孔（25）并水平固定在竖直支架（11）的顶端，所述刻度尺（12）通过转孔（26）套在钢棒（4）上。

3.所述多变杠杆（5）通过多变杠杆孔（3）套在钢棒（4）上，所述多变杠杆（5）设置有曲直转换钮（8）。

4.所述记忆指针（2）套在钢棒（4）的基部紧挨但不接触竖直支架（11）顶端，所述平衡指针（1）与多变杠杆转孔（3）正对并粘贴在多变杠杆（5）的背面，所述平衡指针（1）与记忆指针（2）外形完全相同。

5.所述有质挂套（6）套在多变杠杆（5）上并设置有螺钉（7），所述有质挂套（6）其一、钩码拉线（9）、钩码（10）顺次连接，所述有质挂套（6）其二、测力计拉线（16）、滑轮（17）、弹簧测力计（21）顺次连接。

6.所述刻度尺（12）的一端有转孔（26）、中间有力臂线（13）和刻度线（28），所述滑动凹槽（15）套在刻度尺（12）上，所述滑动凹槽（15）设置有伸缩细杆（14），所述伸缩细杆（14）与力臂线（13）垂直。

7.所述导轨（19）顶部设置有移动滑块（20）两个，所述移动滑块（20）设置有旋钮（18），所述导轨（19）穿在固定滑块（22）内，所述固定滑块（22）固定在竖直支架（11）的基部。

8.所述滑轮（17）的轮槽下缘切线跟弹簧测力计（21）的中轴线在一条水平直线上，所述滑轮（17）和弹簧测力计（21）分别固定在移动滑块（20）上。

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