CN207249966U - 一种能量转换演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种能量转换演示装置，适用于在中学物理课教学中用来演示能量转换的演示装置，属于物理实验技术领域。本实用新型演示装置包括底板及置于底板上的水平轨道和第一环形轨道，所述第一环形轨道与水平面垂直设置，所述水平轨道的末端与第一环形轨道的初始端相连，在水平轨道的中后段设有碰撞球及碰撞球加速机构。本实用新型通过水平轨道及其上的碰撞球加速机构，使碰撞球在第一环形轨道上运动并运行到最高点，本实用新型演示装置非常生动形象直观地向学生演示了物体的动能、重力势能等各种能量形式的相互转化，对于学生理解能量转化关系有很大帮助，而且本实用新型具有结构简单、操作方便、不需调试即可使用，便于推广等优点。

Description

一种能量转换演示装置

技术领域

本实用新型涉及一种能量转换演示装置，适用于在中学物理课教学中用来演示能量转换的演示装置，属于物理实验技术领域。

背景技术

能量是可以有多种形式存在的，例如有热能、机械能、电能、势能等等。而且能量既不能产生也不能消失，能量只能从一种形式转化为另一种形式或是从一个物体转移到另一个物体。也就是说通过能量转换把一种形式存在的能量可以转变成另一种形式存在的能量。

尽管各种能量的表现形式大不相同，但是，每种能量都能采用一种方式来测量，这样就能够清楚有多少能量由一种形式转化为另一种形式。不论什么时候，一个地方或一种形式的能量减少了，另一个地方或另一种形式就会增加同样数量的能量。在一个系统中不论发生渐变还是骤变，只要没有能量进入或者离开这个系统，那么系统内部各种能量之和将不发生变化。

例如：机械能可以转换成电能，这个过程是通过切割电磁圈的磁感应线，可以使机械能转化为电能。借助电磁感应效应，人类设计了电机，在电机中，机械能和电能是可以互逆转换的。

在高中物理教学中，为了让学生能够更好掌握各种能量是可以相互转换的这一观点，尤其是在高中物理教材中机械能与电能等章节要求在课堂上演示各种能量相互转化的关系，做好这个演示实验，不但可以帮助学生理解各种能量是可以相互转化这个十分重要的观点，同时可以引起学生学习物理学的浓厚兴趣和强列的求知欲，对于一个学生来说，这个实验是非常必要的，但是目前国内还没有类似的能量转换演示实验装置。

发明内容

鉴于上述情况，本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种能量转换演示装置，该演示装置可以非常形象直观的演示物体的动能、势能、机械能等各种能量形式的相互转化过程。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种能量转换演示装置，包括底板及置于底板上的水平轨道和第一环形轨道，所述第一环形轨道与水平面垂直设置，所述水平轨道的末端与第一环形轨道的初始端相连，在水平轨道的中后段设有碰撞球，所述水平轨道上设有碰撞球加速机构。

优选地，所述演示装置还包括第二环形轨道，所述第二环形轨道置于底板上，所述第一环形轨道的末端与所述第二环形轨道的初始端相连，所述第二环形轨道与水平面垂直设置，且第二环形轨道的高度低于第一环形轨道的高度。

优选地，所述第二环形轨道的末端通过一过渡段与一斜坡轨道初始端相连，所述斜坡轨道的初始端高于第二环形轨道的末端，所述斜坡轨道的初始端高于斜坡轨道的末端。

优选地，所述过渡段为弧形结构，所述碰撞球在斜坡轨道上的运动方向与水平轨道运动方向相反。

优选地，所述斜坡轨道的下面设有支撑部，所述斜坡轨道的末端设有挡板。

优选地，在水平轨道的初始段为斜坡结构，且水平轨道初始端高于水平轨道的末端。

优选地，所述第一环形轨道与第二环形轨道之间通过轨道连接部过渡，所述轨道连接部的下面设有支撑部。

优选地，所述碰撞球加速机构由设置在水平轨道上的多个钕磁铁及置于钕磁铁两侧的碰撞球组成，所述碰撞球与钕磁铁磁性相吸。

优选地，所述钕磁铁为三个，依次设置在水平轨道上，所述钕磁铁的两侧分别设为传入侧和传出侧。

优选地，所述碰撞球加速机构由设置在水平轨道上的多个钕磁铁，在每个钕磁铁与水平轨道初始端相反的方向一侧设有两个碰撞球，所述碰撞球均与钕磁铁磁性相吸。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过水平轨道及其上的碰撞球加速机构，使碰撞球在第一环形轨道上运动并运行到最高点，本实用新型演示装置非常生动形象直观地向学生演示了物体的动能、重力势能等各种能量形式的相互转化，对于学生理解能量转化关系有很大帮助，而且本实用新型具有结构简单、操作方便、不需调试即可使用，便于推广等优点。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型能量转换演示装置结构示意图。

图2为本实用新型能量转换演示装置初始状态结构示意图。

图3为本实用新型能量转换演示装置第六碰撞球运行到第一环形轨道的结构示意图。

图4为本实用新型能量转换演示装置第六碰撞球运行到第二环形轨道的结构示意图。

图5为本实用新型能量转换演示装置第六碰撞球运行到斜坡轨道的结构示意图。

图6为本实用新型能量转换演示装置第六碰撞球运行到斜坡轨道末端的结构示意图。

图7为本实用新型能量转换演示装置第二种实施例初始状态结构示意图。

图8为本实用新型能量转换演示装置第二种实施例中碰撞球运行到第一环形轨道的结构示意图。

图9为本实用新型能量转换演示装置第二种实施例中碰撞球运行到第二环形轨道的结构示意图。

图10为本实用新型能量转换演示装置第二种实施例中碰撞球运行到斜坡轨道的结构示意图。

具体实施方式：

为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的能量转换演示装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

如图1所示为能量转换演示装置结构示意图，本实用新型一种能量转换演示装置，包括底板10、水平轨道2、第一环形轨道3、第二环形轨道4及斜坡轨道5。

所述水平轨道2、第一环形轨道3、第二环形轨道4及斜坡轨道5均设于底板10上。

所述底板10由木板制成，其大小可以选择为30cm*100cm，以方便携带及演示，使用时把底板10放置在桌面上即可使用。

所述水平轨道2上设有初始端21和末端22，在水平轨道2的初始段为斜坡结构，且水平轨道2的初始端21高于水平轨道2的末端22。

所述第一环形轨道3和第二环形轨道4均与水平面垂直设置，且第二环形轨道4的高度低于第一环形轨道3的高度。所述水平轨道2的末端22与第一环形轨道3的初始端31相连。所述第一环形轨道3的末端32与所述第二环形轨道4的初始端41相连。

所述第一环形轨道3与第二环形轨道4之间也可以通过轨道连接部6过渡，所述轨道连接部6的下面设有支撑部7。所述支撑部7安置在底板10上，通过支撑部7以支撑轨道连接部6。

所述第二环形轨道4的末端42通过一过渡段8与斜坡轨道5初始端相连，所述过渡段8为弧形结构，所述斜坡轨道5的初始端高于第二环形轨道4的末端42，所述斜坡轨道5的初始端51高于斜坡轨道5的末端52。

所述斜坡轨道5的下面也设有支撑部7，用于支撑斜坡轨道5，所述斜坡轨道5的末端设有挡板9，用于阻挡碰撞球。

所述水平轨道2上设有碰撞球加速机构1。

所述碰撞球加速机构1为磁力加速机构，所述磁力加速机构由多个加速单元组成，每个加速单元均由设置在水平轨道2上的多个钕磁铁及置于钕磁铁两侧的碰撞球组成。所述碰撞球的大小、质量、材质均相同，其材质可以为铁球、钢球或其他金属球，从而使碰撞球与钕磁铁之间通过磁力相吸。而采用钕磁铁结构，是利用其磁性比较强的特点。所述钕磁铁的两侧分别设为传入侧和传出侧。

如图1所示，所述加速单元为三个，分别为第一加速单元11，第二加速单元12及第三加速单元13，这三个加速单元依次设置在水平轨道2上。

如图2所示，所述第一加速单元11由设置在水平轨道2上的第一钕磁铁111、置于第一钕磁铁111传入侧的第一碰撞球112及置于第一钕磁铁111传出侧的第二碰撞球113组成。

所述第二加速单元12由设置在水平轨道2上的第二钕磁铁121、置于第二钕磁铁121传入侧的第三碰撞球122及置于第二钕磁铁121传出侧的第四碰撞球123组成。

所述第三加速单元13由设置在水平轨道2上的第三钕磁铁131、置于第三钕磁铁131传入侧的第五碰撞球132及置于第三钕磁铁131传出侧的第六碰撞球133组成。

所述第六碰撞球133在斜坡轨道5上的运动方向与水平轨道2运动方向相反。

本实用新型演示时，演示装置处于初始状态，如图2所示，由于各个加速单元是的碰撞球受到钕磁铁的磁性作用，使钕磁铁两侧的碰撞球在水平轨道2上不会发生滚动。把第一碰撞球112置于水平轨道2的初始端，此时用于轻轻推动第一碰撞球112，第一碰撞球112获得动能，第一碰撞球112在水平轨道2上运动直至与第一钕磁铁111相撞，在第一碰撞球112撞击第一钕磁铁111的过程中，磁力对第一碰撞球112进一步做功，使第一碰撞球112在撞击上钕磁铁111时的速度更大，撞击后，加速单元1的第二碰撞球113获得加速动能，该动能可以脱离第一钕磁铁111对第二碰撞球113的磁力，并在水平轨道2上加速滚动并去撞击第二加速单元12。

同理，第二碰撞球113撞击第二加速单元12时，使第二加速单元12上的第四碰撞球123就会以更高的速度飞出去撞击第三加速单元13。

同理，第四碰撞球123撞击第三加速单元13时，使第三加速单元13上的第六碰撞球133就会以更高的速度飞出去。

所述第六碰撞球133获得加速动能，从而使第六碰撞球133沿第一环形轨道3运动，当运行到第一环形轨道3的最高点时，如图3所示，动能转化为重力势能，第六碰撞球133继续运动，重力势能又转化为动能，第六碰撞球133经轨道连接部6运行到第二环形轨道4，如图4所示，第六碰撞球133在第二环形轨道4上运行一周后到过渡段8，再运行到斜坡轨道5，如图5所示，然后通过挡板9挡住第六碰撞球133，如图6所示，至此演示完成。

如图7所示，所述碰撞球加速机构1的磁力加速机构也可以为其他结构形式，具体如下，该磁力加速机构也由多个加速单元组成，每个加速单元均由设置在水平轨道2上的多个钕磁铁及置于钕磁铁一侧的两个碰撞球组成，所述碰撞球置于与水平轨道2初始端相反的方向一侧。所述碰撞球的大小、质量、材质均相同，其材质可以为铁球、钢球或其他金属球，从而使碰撞球与钕磁铁之间通过磁力相吸。

如图7所示，所述加速单元为三个，分别为第四加速单元14，第五加速单元15及第六加速单元16，这三个加速单元依次设置在水平轨道2上。

所述第四加速单元14由设置在水平轨道上的第四钕磁铁141、置于第四钕磁铁141一侧的两个碰撞球142组成。

所述第五加速单元15由设置在水平轨道上的第五钕磁铁151、置于第五钕磁铁151一侧的两个碰撞球152组成。

所述第六加速单元16由设置在水平轨道上的第四钕磁铁161、置于第六钕磁铁161一侧的两个碰撞球162组成。

本实用新型演示时，演示装置处于初始状态，如图7所示，由于各个加速单元是的碰撞球受到钕磁铁的磁性作用，使钕磁铁两侧的碰撞球在水平轨道2上不会发生滚动。把碰撞球143置于水平轨道2的初始端，此时用于轻轻推动碰撞球143，碰撞球143获得动能，碰撞球143在水平轨道2上运动直至与第四钕磁铁141相撞，在碰撞球143撞击第四钕磁铁141的过程中，磁力对碰撞球143进一步做功，使碰撞球143在撞击上第四钕磁铁141时的速度更大，撞击后，第四加速单元14外侧的碰撞球142获得加速动能，该动能可以脱离第四钕磁铁141对碰撞球142的磁力，并在水平轨道2上加速滚动并去撞击第五加速单元15。

同理，碰撞球142撞击第五加速单元15的第五钕磁铁151时，第五钕磁铁151外侧的碰撞球152就会以更高的速度飞出去撞击第六加速单元16。

同理，碰撞球152撞击第六加速单元16的第六钕磁铁161时，使第六钕磁铁161外侧的碰撞球162就会以更高的速度飞出去。

所述碰撞球162获得加速动能，从而使碰撞球162沿第一环形轨道3运动，当运行到第一环形轨道3的最高点时，如图8所示，动能转化为重力势能，碰撞球162继续运动，重力势能又转化为动能，碰撞球162经轨道连接部6运行到第二环形轨道4，如图9所示，碰撞球162在第二环形轨道4上运行一周后到过渡段8，再运行到斜坡轨道5，如图10所示，然后通过挡板9挡住碰撞球162，演示完成。

本实用新型是利用动量守恒定律，在没有外力作用的时候，整个系统的动量是不变的，当初始端的碰撞球下来，因为它们的质量和几何外形一致，而且重心在同一水平线上，所以动量完全传递给了钕磁铁另一侧的碰撞球。

以上所述，仅为本实用新型说明书描述之实现本实用新型具体实施例的详细说明与图式，用于例证而非限制，但本实用新型的特征并不局限于此，本领域技术人员显然理解，本实用新型的所有范围应以其权利要求的保护范围为准，在不背离所附权利要求书所界定的发明精神和发明范围的前提下，凡根据本实用新型的精神与其类似变化而实施的其它实施例，皆应包含在本实用新型的保护范畴之中。

Claims (10)

1.一种能量转换演示装置，其特征在于：所述演示装置包括底板及置于底板上的水平轨道和第一环形轨道，所述第一环形轨道与水平面垂直设置，所述水平轨道的末端与第一环形轨道的初始端相连，在水平轨道的中后段设有碰撞球，所述水平轨道上设有碰撞球加速机构。

2.根据权利要求1所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述演示装置还包括第二环形轨道，所述第二环形轨道置于底板上，所述第一环形轨道的末端与所述第二环形轨道的初始端相连，所述第二环形轨道与水平面垂直设置，且第二环形轨道的高度低于第一环形轨道的高度。

3.根据权利要求2所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述第二环形轨道的末端通过一过渡段与一斜坡轨道初始端相连，所述斜坡轨道的初始端高于第二环形轨道的末端，所述斜坡轨道的初始端高于斜坡轨道的末端。

4.根据权利要求3所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述过渡段为弧形结构，所述碰撞球在斜坡轨道上的运动方向与水平轨道运动方向相反。

5.根据权利要求3所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述斜坡轨道的下面设有支撑部，所述斜坡轨道的末端设有挡板。

6.根据权利要求1所述的能量转换演示装置，其特征在于：在水平轨道的初始段为斜坡结构，且水平轨道初始端高于水平轨道的末端。

7.根据权利要求2所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述第一环形轨道与第二环形轨道之间通过轨道连接部过渡，所述轨道连接部的下面设有支撑部。

8.根据权利要求1所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述碰撞球加速机构由设置在水平轨道上的多个钕磁铁及置于钕磁铁两侧的碰撞球组成，所述碰撞球均与钕磁铁磁性相吸。

9.根据权利要求8所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述钕磁铁为三个，依次设置在水平轨道上，所述钕磁铁的两侧分别设为传入侧和传出侧。

10.根据权利要求1所述的能量转换演示装置，其特征在于：所述碰撞球加速机构由设置在水平轨道上的多个钕磁铁，在每个钕磁铁与水平轨道初始端相反的方向一侧设有两个碰撞球，所述碰撞球均与钕磁铁磁性相吸。