CN2080201U - 力学教学实验器 - Google Patents

Abstract

一种力学教学实验器，能够做“平抛物体的运 动”、“弹性碰撞”、“互成角度的两个力的合成”、“有固 定转动轴物体的平衡条件”等实验，它的结构是在实 验面板上装有滑槽，接球板，夹球器和让小球滚动下 落的轨道，面板的背面装有力矩盘和十字尺等。这套 仪器的特点是设计合理，操作简便，做出的数据准 确。

Description

本实用新型涉及一种高中物理教材中所作的几个力学实验器材，这几个力学实验是：“平抛物体的运动”、“弹性碰撞”、（包括正碰和斜碰）、“互成角度的两个力的合成”、“有固定转动轴物体的平衡条件”。

高中物理力学实验较多，教学仪器一般也很复杂，做“平抛物体的运动”、“弹性碰撞”、“互成角度的两个力的合成”、“有固定转动轴物体的平衡条件”，几个实验分别要用几套不同的仪器，这些仪器分别有许多种类，目前还未发现有几个实验只用一套仪器就能做完的文献记载，而且现有的仪器又各有它们的不足之处。

在做“平抛物体的运动”的实验时，目前主要有几种仪器：1.现成高中物理教科书的有孔纸卡片的装置，它的缺点是繁锁，费时，直观性差，实验误差大；2.闪光照相光花描迹仪，运动显示仪等，这类仪器虽然实验仪器较精确但仪器昂贵，需要电能，也不省时间；3.已公布的中国专利实用新型说明书中，CN87205180采用在作平抛运动的物体套上软笔，一次性地在白纸上描出运动物体的轨迹，但这种仪器由于带上了软笔，与记录纸之间有摩擦力，使运动球体的速度变小，带来了实验误差。

现有的“弹性碰撞”的实验装置是在桌子上安装一斜槽，槽的未端有靶球的支承点，在桌子前球滚下之处放一白纸和复写纸，利用球滚落后几个落点平均位置，最后验证动能守恒定律。这套装置实验时间长，落点误差大，而且靶球的支承点设计不好，损失了动能。

现有教科书中做“有固定转动轴物体的平衡条件”实验存在的不足是：在力矩盘上测量力的作用线到轴心的距离不易测准，花费的时间长。

本实用新型的目的是为了实验更为简便和准确，做出的数据更为可靠和直观，学生更容易接受，而且节省实验仪器和资金，在一套仪器上就能依次做几个不同的实验。

为了达到此目的，本实用新型在一块面板的正面和反面只设置一些简单的装置，就能做几个高中物理实验。其解决的方案是在正面板上安有滑槽和接球板，提供做平抛物体运动和弹性碰撞实验的条件；背面板上有力距盘和十字尺、定滑轮及法码等，提供做“有固定转动轮物体的平衡条件”和“互成角度的两个力的合成”实验的条件。

以下结合附图对本实用新型和各实验方法进行详细的描述。

图1是做“平抛物体运动”实验的结构图；

图2是做“弹性碰撞（正碰）”实验的结构图；

图3是做“有固定转动轴物体的平衡条件”实验的结构图；

图4是做“互成角度的两个力的合成”的结构图；

图5是做“弹性碰撞（斜碰）”实验的结构图。

附图1是作“平抛物体的运动”的实验装置，面板（9）的左边开有空槽，上面安装滑块（1），并与水平板（2）连接，滑块和水平板通过螺丝装在滑槽（8）上，螺钉（13）是用于调整水平板和滑块的上下移动，以满足轨迹各点的要求，水平板上还固定一块接球板（3），接球板左边弯曲向上是防止球滚动跌下。面板（9）的右上方有供球滑动的轨道（4），（4）的上端是倾斜段，下端是水平段，上端与水平线夹角为35－40°，水平段下方是一块角铁（6），以将轨道（4）固定在面板（9）上，角铁与轨道水平段之间有一个落球定位角（7），用来定实验的y轴和x轴，轨道（4）上安放有持球器（5），持球器可随意固定在轨道倾斜段的任一部位。面板（9）的两边底角装有水平泡（11）和水平调节旋纽（12），以保证实验数据的准确性。面板的下方还有木夹板（10），它的中部有一个夹紧装置，用来夹紧实验用的记录白纸和复写纸。实验的第一步是把复写纸盖在白纸上，并用木夹板夹紧一边，纸的另一边从水平板（3）和面板之间穿过，然后向外翻出。第二步是确定y轴和x轴，将实验小球放在落球定位角（7）处让其自由下落，在记录纸上打出一点痕迹，再把水平板（3）通过滑槽（8）向下移动两到三次，得到几点，连接并延长直线，得到y轴线；在轨道（4）的水平段水平的投影线即为x轴，将其向左延长就可得出x轴线。第三步是小球作平抛运动，将小球在（5）中夹住，适当调整记录纸，（注意x轴和y轴定好后木板夹不要松开，以免记录纸位置移动），然后把夹球器（5）松开，小球沿着轨道滑下作平抛运动，打到接球板（3）上，在记录纸上打下一点，水平板每移动一次，小球就作平抛运动一次，得到一系列点，将纸翻转过来，把各点连接，即为平抛运动的轨迹，这时把轨迹到x轴和y轴的距离量出，就可根据y＝ 1/2 gt²和X＝Vt的公式求出小球作平抛物运动的初速度。

记录纸上能够真实描绘轨迹的原理是：用作实验的小球在轨道中的质心位置是在同一面线上，当它们抛在接球板上便形成一条线，这条直线如果距离接球板的内边缘是实验用球的半径，那么实验时，记录纸所描绘的轨迹就是平抛物体运动的真实轨迹。

附图2是物体作弹性碰撞（正碰）的实验装置，其结构与附图基本相同，但在角铁（6）左边有支承靶球（15）的支杆（14），支杆水平段（19）是通过螺钉（17）和（18）和角铁（6）内部的铁片夹紧，支杆（14）的竖直部分和水平段用活页连接，水平段有刻度或贴上标尺，可按靶球的大小进行伸缩，支杆支承靶球的上半部分用螺丝和螺帽调整高低。实验的第一步先将靶球拿下，把支杆（14）反时针转下，弹球（16）放在（5）处，按做“平抛物体的运动”实验的方法装上记录纸和复写纸，第2步是释放弹球，让它沿轨道自然落下作平抛运动，落在记录纸上，得到一个点，按物理教科书中即为P点。第3步是将支杆竖直部分顺时针转到如图2的位置，放在靶球（15），弹球（16）放在（5）处，让其顺着轨道（4）自然下落作弹性碰撞，设靶球落点为N点，弹球落点为M点，根据几点的距离，按教科书的方法和公式，就可验算动量守恒定律。

图3是利用图1和图2实验装置的背面进行的“有固定转动轴物体的平衡条件”实验装置，在面板（9）的中部开有一个固定轴孔（24），轴孔上穿上螺钉，挂上力矩盘（23）和十字尺，面板正上方有一根横梁杆（21），测力计（23）的一头栓在横梁杆上，另一头挂在力矩盘上，十字尺有横标尺（25）和纵标尺（26），横标尺上有一凸缘，纵标尺上有定位槽，定位槽的中心线对齐轴孔中心线，横标尺的零位线也对齐轴孔的中心线，横标尺可以上下移动测定与轴孔中心线平衡的各力臂，纵标尺是测量测力计（22）到轴心的距离，实验时按教科书所述的方法，用大头针插在力矩盘上，并用细线悬挂法码（27），待平衡后，即可从十字尺上读出力臂来，这就比用三角板和尺子去度量要省时和准确。

附图4是在图3的基础上，将力矩盘和十字尺拿去，在  面板的A点钉上一根钉子，拉上橡皮条（28），在面板的左上角和右下角分别固定定滑轮（30），再用两根细绳（31）连接橡皮条，另一端拉上法码（32），就可以进行“互成角度的两个力的合成”实验了。

在附图1的装置中将轨道（4）、夹球器（5）及附属的角铁（6）、支杆（14）等转动一个方向，变成附图5的形式，便可做斜碰的物理实验，其原理和方法与正碰实验相近，此处不再叙述。

本实用新型的优点：

1.一物多用，中学物理力学实验较多，能在一套仪器上做几个不同类型的实验，可大大节省经费开支，对学校可减少负担。

2.做“平抛物体运动”和“弹性碰撞”的实验比现有实验要简便，学生容易理解。另外不需要吊锤线，y轴和x轴好确定，一个点不用做多次的下落来确定。

3.做“有固定转动轴物体的平衡条件”的实验时力臂测定容易，不易造成误差。

Claims (5)

1、一种力学教学实验器，包括面板、实验小球和提供小球滚动的斜道、力矩盘、测力计等零部件，其特征在于：

1)、面板(9)的正面上角设有释放小球作平抛运动和弹性碰撞的轨道(4)和夹球器(5)以及安放靶球(15)的支杆(14)，面板(9)的中部设置能作上下移动的接球板(3)，接球板(3)的下方是固定在面板(9)上装记录纸的夹板(10)，面板(9)的两边底角有水平调节装置(11)和(12)；

2)、面板(9)的反面上方设有横梁杆(21)、力矩盘(23)、测力计(22)以及由横标尺(25)和纵标尺(26)组成的十字尺，力矩盘(23)上挂有法码(27)；

3)、面板(9)的反面A点处设有可拉橡皮条(28)的钉子，与A点钉子对应的两个对角可安上定滑轮(30)，定滑轮(30)挂上法码(32)。

2、根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于夹球器（5）安装在倾斜的轨道（4）上，轨道（4）靠角铁（6）和螺钉（17）、（18）固定在面板（9）的上角，安放靶球（15）的支杆（14）固定在角铁（6）的底边。

3、根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于能上下移动的接球板（3）是固定在水平板（2）上，水平板（2）通过螺钉与滑块（1）连接，滑块（1）固定在面板（9）上，并开有滑槽（8），接球板（3）的一边向上弯曲。

4、根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于测力计（22）一端栓在面板（9）上方的横梁杆（21），另一端挂在力矩盘（23），力矩盘（23）和十字尺定位在固定轴孔（24）上，十字尺中的横标尺（25）上有一凸缘，纵标尺（26）上有定位槽。

5、根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于轨道（4）的倾斜段  和水平面的夹角为25～40°。

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