CN202171886U - 一种磁性碰撞试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种磁性碰撞试验装置，包括气垫导轨、2个碰撞滑块、2个光电门和数字毫秒计；其中2个光电门安装在气垫导轨的上方、并沿导轨延伸方向分布，光电门的输出端与数字毫秒计电连接；2个碰撞滑块设置在气垫导轨的轨面上，2个碰撞滑块上各安装有一挡光片，2个碰撞滑块的相对面上各安装有一永磁体作为碰撞器。本实用新型利用磁性的同性相斥异性相吸的特性，在进行完全弹性碰撞时能够有效避免能量损失，而在进行完全非弹性碰撞时能够确保滑块可靠吸合在一起，因此不仅无需更换碰撞器类型，也使得动量守恒和机械能守恒结果验证得更加精确。

Description

一种磁性碰撞试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种磁性碰撞试验装置。

背景技术

大学物理力学教学中常利用碰撞实验来验证动量守恒定律和机械能守恒定律，其碰撞过程中采用完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况来验证。传统的碰撞实验装置主要包括气垫导轨，安装在气垫导轨一侧、并沿导轨延伸方向分布的2个光电门，与光电门相连的数字毫秒计，设置在气垫导轨上的2个碰撞滑块，安装在2个碰撞滑块相对面上的碰撞器，以及固定在碰撞滑块上的挡光片。传统碰撞实验装置在进行完全弹性碰撞实验时，2个碰撞滑块的相对面上会安装上O型弹簧片来作为碰撞器。由于2个O型弹簧片在碰撞后才会使2碰撞滑块分离，因此会产生一定量的能量损失，且O型弹簧片在长期使用后也容易出现老化现象而影响其自身的弹性，因此完全弹性碰撞所获得的实验效果不够理想。传统碰撞实验装置在进行完全非弹性碰撞实验时，2个碰撞滑块的相对面上会安装上尼龙扣或者橡胶泥来作为碰撞器。由于尼龙扣在接触时贴合的成功率不高，而橡胶泥在长时间使用后吸附灰尘或老化等问题，会使得2个碰撞滑块在碰撞后未能很好地结合在一起，而使得完全非弹性碰撞所获得的实验效果不够理想。另外，由于传统碰撞实验装置在进行完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞时需要更换不同的碰撞器，因而使用也极为不便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁性碰撞试验装置，其具有实验验证效果好、使用方便的特点。

为解决上述问题，本实用新型所设计的一种磁性碰撞试验装置，包括气垫导轨、2个碰撞滑块、2个光电门和数字毫秒计；其中2个光电门安装在气垫导轨的上方、并沿导轨延伸方向分布，光电门的输出端与数字毫秒计电连接；2个碰撞滑块设置在气垫导轨的轨面上，2个碰撞滑块的相对面上各安装有一碰撞器，2个碰撞滑块上各安装有一挡光片；其不同之处是所述碰撞器为永磁体。

上述方案中，所述永磁体的正反面具有不同的极性。这样当2个碰撞滑块上的相对面上安装的永磁体极性相同时，可以进行完全弹性碰撞实验；而当2个碰撞滑块上的相对面上安装的永磁体极性相异时，可以进行完全非弹性碰撞实验。

为了防止碰撞滑块滑出轨道，上述方案中，所述气垫导轨的两端最好还各设有一缓冲弹片。

为了保持气垫导轨的水平，上述方案中，所述气垫导轨最好安装在一调平支架上。

与现有技术相比，本实用新型采用永磁体作为碰撞器，并利用磁性的同性相斥异性相吸的特性，用来代替在大学物理实验中完全弹性碰撞时采用的O形弹簧片和完全非弹性碰撞时采用的尼龙扣或者橡皮泥；这样不仅无需更换碰撞器类型；而且在进行完全弹性碰撞时，2个碰撞滑块上的永磁体同性相斥，使得2个碰撞滑块在没有完全靠近时变发生了转向，因而避免了接触所照成的能量的损失；而在进行完全非弹性碰撞时，2个碰撞滑块上的永磁体异性相吸，也能够确保2个碰撞滑块能够可靠地吸合在一起，从而可有效避免实验误差；可见采用永磁体作为碰撞器能够使得动量守恒和机械能守恒结果验证得更加精确。

附图说明

图1为一种磁性碰撞试验装置的结构示意图。

图中标示：1、气垫导轨；  2、缓冲弹片；  3、数字毫秒计；  4、碰撞滑块；  5、挡光片；  6、光电门；  7、碰撞器；  8、调平支架。

具体实施方式

参见图1，本实用新型一种磁性碰撞试验装置，主要由气垫导轨1、2个碰撞滑块4、2个光电门6和数字毫秒计3组成。上述2个碰撞滑块4的相对面上各安装有一碰撞器7，2个碰撞滑块4上各安装有一挡光片5。其中气垫导轨1是以空气作为润滑剂，近似无摩擦的力学实验装置。气垫导轨1由三角铝合金管制成，一端密封，一端与气源相连以通入压缩空气。气垫导轨1向上的两个外表面上钻有许多喷气小孔，压缩空气进入管腔后，从小孔喷出。为了能够保证实验效果，所述气垫导轨1应放置于水平桌面上。在本实用新型优选实施例中，所述气垫导轨1整体安装在一调平支架8上，通过调节调平支架8的支脚螺丝使气垫保持水平。另外，为了防止碰撞滑块4从气垫导轨1的两端脱出，所述气垫导轨1的两端还各设有一缓冲弹片2。光电门6和数字毫秒计3构成光电计时系统，其中2个光电门6安装在气垫导轨1的上方、并沿导轨延伸方向分布。光电门6的输出端与数字毫秒计3电连接。2个光电门6之间具有一定的间距，为了能够测量碰撞滑块4碰撞前和碰撞后的速度，2个光电门6之间的间距应大于2个碰撞滑块4上的挡光片5之间的最小距离，其中2个碰撞滑块4上的挡光片5之间的最小距离出现在两碰撞滑块4靠近时由于斥力作用使两滑块保持的最小距离时。

碰撞滑块4的2个碰撞滑块4的相对面上各安装有一永磁体作为碰撞器7。该永磁体的正反面具有不同的极性。在进行完全弹性碰撞实验时，2个碰撞滑块4上的永磁体的正反面安装方向相同，此时2个碰撞滑块4上的永磁体发生同性相斥作用。在进行完全非弹性碰撞实验时，2个碰撞滑块4上的永磁体的正反面安装方向相反，此时2个碰撞滑块4上的永磁体发生异型相吸作用。

采用本碰撞试验装置进行碰撞实验的步骤如下：

1、将气垫导轨1放置在水平桌面上，并通过调节调平装置使气垫导轨1保持水平；同时使数字毫秒计3处于正常工作状态；

2、用物理天平分别称量2个碰撞滑块4的质量，并记录下2个碰撞滑块4的质量m₁和m₂；

3、开启气垫导轨1的气源，并将2个碰撞滑块4置于两光电门6之外，采用适当力双手各推动1个碰撞滑块4，使2个碰撞滑块4作相对运动；

4、当碰撞滑块4经过光电门6时，其碰撞滑块4上的挡光片5会将光电门6的光路进行遮挡，此时光电门6会将该信号送入数字毫秒计3中计算出2个碰撞滑块4的碰撞前的速度v₁₀和v₂₀，实验人员记录下2个碰撞滑块4的碰撞前的速度v₁₀和v₂₀；

5、在进行完全弹性碰撞时，2个碰撞滑块4上安装的永磁体的同极相对，此时因永磁体的同性相斥作用，2个碰撞滑块4在几乎接近时会发生相背运动，2个碰撞滑块4会再次经过2个光电门6，数字毫秒计3计算出2个碰撞滑块4的碰撞后的速度v₁、和v₂，实验人员记录下2个碰撞滑块4的碰撞后的速度v₁、和v₂；

在进行完全非弹性碰撞时，2个碰撞滑块4上安装的永磁体的异极相对，此时因永磁体的异性相吸作用，2个碰撞滑块4接近时会贴合在一起两者随动量较大的碰撞滑块4方向运动，2个碰撞滑块4同时经过1个光电门6，数字毫秒计3中计算出2个碰撞滑块4的碰撞后的速度v₃，实验人员记录下2个碰撞滑块4的碰撞后的速度v₃；

6、利用上述记录下的数据，并通过相关公式的计算即可验证碰撞前后的动量和机械能是否守恒。

Claims (4)

1.一种磁性碰撞试验装置，包括气垫导轨(1)、2个碰撞滑块(4)、2个光电门(6)和数字毫秒计(3)；其中2个光电门(6)安装在气垫导轨(1)的上方、并沿导轨延伸方向分布，光电门(6)的输出端与数字毫秒计(3)电连接；2个碰撞滑块(4)设置在气垫导轨(1)的轨面上，2个碰撞滑块(4)的相对面上各安装有一碰撞器(7)，2个碰撞滑块(4)上各安装有一挡光片(5)；其特征在于：所述碰撞器(7)为永磁体。

2.根据权利要求1所述的一种磁性碰撞试验装置，其特征在于：永磁体的正反面具有不同的极性。

3.根据权利要求1或2所述的一种磁性碰撞试验装置，其特征在于：气垫导轨(1)的两端各设有一缓冲弹片(2)。

4.根据权利要求1或2所述的一种磁性碰撞试验装置，其特征在于：气垫导轨(1)安装在一调平支架(8)上。

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