CN208819467U - 一种用于验证机械能守恒的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于验证机械能守恒的实验装置，包括：基板、固定板、弹簧、光滑斜坡、两个光电测速传感器及多个小球，固定板、光滑斜坡、及两个光电测速传感器固定在基板上，固定板一侧设有凸块，弹簧卡接在固定板上；弹簧与光滑斜坡之间的基板上设有光滑轨道；底板设有第一刻度尺，光滑斜坡上设有第二刻度尺。因此，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，通过利用第二光电传感器在小球经过光滑轨道或斜坡时监测小球速度，验证动能及重力势能之间的转换，并利用第一光电测速传感器测量小球在将弹簧压缩到一定长度后小球的速度，验证动能与弹性势能之间的转换，从而实现了机械能守恒定律的验证。
Description
技术领域
本实用新型涉及教学设备领域，尤其涉及一种用于验证机械能守恒的实验装置。
背景技术
随着教学事业的发展，教学质量的提高，越来越多的教学设备被用于各种科目的教学。由于物理教学是与现实生活最紧密相关的自然学科，如在学习牛顿运动定律相关知识时，更加需要多种辅助实验器材来辅助教学，让学生直观的学习和掌握。
机械守恒定律是中学物理教学过程中经典力学实验项目，通常用于演示该实验项目的装置为单摆。通过各种机械装置做支撑结构，利用拉线将小球悬挂在空中。实验室，拉高小球，使得小球下落，在拉线及重力作用下，小球做重复往返运动，在势能及动能的不断转换过程中，验证机械能守恒定律。
然而，由于势能包括了弹性势能和重力势能，而传统的单摆实验，仅仅验证了重力势能及动能之间的转换，没有涉及弹性势能，从而使得实验结果单一。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于验证机械能守恒的实验装置，解决了现有技术中的验证机械能守恒实验装置的实验结果单一的问题。
本实用新型提供的一种用于验证机械能守恒的实验装置，包括：基板、固定板、弹簧、光滑斜坡、第一光电测速传感器、第二光电测速传感器及多个小球，所述固定板竖直可拆卸的固定在所述基板的一端，所述光滑斜坡可拆卸的设置在所述基板的另一端；所述固定板一侧设有凸块，所述弹簧通过所述凸块卡接在所述固定板上，且所述弹簧中心轴线与所述固定板垂直，所述光滑斜坡的走向与所述弹簧的中心轴线一致，所述弹簧与所述光滑斜坡之间的所述基板上设有光滑轨道；所述第一光电测速传感器及所述第二光电测速传感器分别可拆卸的设置在所述基板上，且所述第一光电测速传感器的探头邻近所述弹簧设置，所述第二光电测速传感器的探头邻近所述光滑轨道设置；所述基板靠近所述弹簧处设有第一刻度尺，所述刻度尺的两端与所述弹簧两端对齐；所述光滑斜坡上设有竖直的第二刻度尺；所述第一光电测速传感器及所述第二光电测速传感器分别与电源电联接。
较佳的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，所述弹簧与所述基板之间存在距离。
较佳的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，所述第一光电测速传感器的探头通过第一支架可拆卸的安装在所述基板上，所述第二光电测速传感器的探头通过第二支架安装在所述基板上。
较佳的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，所述光滑斜坡两侧设有围栏。
较佳的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，所述基板上设有多个凸起，所述固定板及所述光滑斜坡底部设有用于卡接所述凸起的凹孔。
较佳的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，所述基板上设有透明罩体，所述透明罩体上设有通孔，所述通孔处通过导管连接有抽真空泵。
综上，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，通过设置基板及安装在基板两端的光滑斜坡及弹簧，使得光滑斜坡的走向与弹簧的中心轴线一致，并在弹簧与光滑斜坡之间的基板上设置光滑轨道，在弹簧及光滑斜坡附近分别设置光电测速传感器，从而可以实验时，将小球自光滑斜坡的一定高度投下，使得该小球快速经过斜坡及光滑轨道，且运动至弹簧顶端，使得弹簧压缩，直至速度为零并返回斜坡，进而可以利用第二光电传感器在小球经过光滑轨道或斜坡时监测小球速度，验证动能及重力势能之间的转换，并利用第一光电测速传感器测量小球在将弹簧压缩到一定长度后小球的速度，验证动能与弹性势能之间的转换，从而实现了机械能守恒定律的验证。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种用于验证机械能守恒的实验装置的结构示意图。
图2为本实用新型另一实施例提供的一种用于验证机械能守恒的实验装置的结构示意图。
附图标记说明：100-基板，101-光滑轨道，200-固定板，201-凸块，300-弹簧，301-第一刻度尺，400-光滑斜坡，401-第二刻度尺，402-围栏，500-第一光电测速传感器，501-第一光电测速传感器的探头，600-第二光电测速传感器， 601-第二光电测速传感器的探头，700-小球，800-透明罩体，801-通孔，a-第一支架，b-第二支架。
具体实施方式
下面结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
为了便于理解和说明，下面通过图1及图2详细说明本实用新型实施例的一种用于验证机械能守恒的实验装置。如图所示，该实验装置可以包括：
基板100、固定板200、弹簧300、光滑斜坡400、第一光电测速传感器500、第二光电测速传感器600及多个小球700，固定板200竖直可拆卸的固定在基板100的一端，固定板200一侧设有凸块201，弹簧300通过凸块201卡接在固定板200上；光滑斜坡400可拆卸的设置在固定板200的另一侧，且光滑斜坡400的走向与弹簧300的中心轴线一致，弹簧300与光滑斜坡400之间的基板100上设有光滑轨道101；第一光电测速传感器500及第二光电测速传感器600分别可拆卸的设置在基板100上，且第一光电测速传感器500的探头501 邻近弹簧300设置，第二光电测速传感器600的探头601邻近光滑轨道101设置；基板100靠近弹簧300处设有第一刻度尺301，刻度尺的两端与弹簧300 两端对齐；光滑斜坡400上设有竖直的第二刻度尺401；第一光电测速传感器 500及第二光电测速传感器600分别与电源电联接。
具体的，本实用新型实施例提供的验证机械能守恒的实验装置，首先可以设置一个基板100，如长方体的板体结构。然后在板体的一端设置竖直的固定板200，在固定板200的一侧设置一个凸块201，从而可以利用凸块201，将弹簧300卡接在固定板上，且使得弹簧300的中心轴线与固定板200垂直。
在基板100的另一端，即固定板200正对的一端，设置光滑斜坡400，使得斜坡的走向与弹簧中心轴线一致，从而可以使得小球700自光滑斜坡400上滚下时，可以准确的撞上弹簧300末端。另外，可以在弹簧300与光滑斜坡400 之间设置一端光滑轨道101。
最后，在基板100上安装两个光电测速传感器，即第一光电测速传感器500 及第二光电测速传感器600，使得第一光电测速传感器的探头501架设在弹簧 300附近，用于测量小球在撞上弹簧300后，并对弹簧施加一定的压力后的速度。第二光电测速传感器的探头601可以架设在光滑轨道101或光滑斜坡附近，用于监测小球自光滑斜坡落下后的速度。
应理解，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，为了能够实现机械能验证，即能够确定小球的机械能大小，可以在光滑斜坡400的一侧设置第二刻度尺401，从而可以确定小球每次下落时的重力势能，即总的机械能。另外，可以在弹簧300的一侧的基板上设置第一刻度尺301，且使得第一刻度尺301与弹簧300平行，两端与弹簧300的两端对齐，从而可以确定第一光电测速传感器的探头的位置，即确定第一光电测速传感器的探头监测到的小球位置，也就是弹簧的变化量。
实际应用中，首先可以确定两个探头的位置，尤其需要记录第一光电传测速传感器的探头相对于弹簧300的位置。然后在确定小球下落的高度h后，将小球放置在光滑斜坡上，小球在重力的作用下快速落下。在经过第二光电传测速传感器的探头时，记录小球的速度v1。在小球继续运动，将弹簧压缩一段距离x后，即经过第一光电传测速传感器的探头时，记录小球的速度v2。从而可以根据公式w＝mgh、w1＝mgh1+1/2m v1 2、w2＝1/2m v1 2+1/2kx2来验证机械能守恒。上述公式中，w为总机械能，m为小球质量，h为小球下落的初始高度，w1为第一次监测时小球的总机械能，h1为第一次监测时小球的相对高度，w2为第二次监测时小球的总机械能，x为弹簧的形变，即第一光电传测速传感器的探头相对于弹簧的位置，k为弹簧的弹性系数。应理解，上述验证过程中，w、w1及w2的大小应该无限接近。
还应理解，为了增加实验的准确性，可以利用不同大小的小球进行重复实验。
优选的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，为了减小弹簧压缩过程中与基板之间的摩擦引起的误差，可以将弹簧300悬空设置，即在弹簧300与基板100之间留有距离。
可选的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，第一光电测速传感器500的探头501可以通过第一支架a可拆卸的安装在基板100 上，第二光电测速传感器600的探头601可以通过第二支架b安装在所述基板 100上。
优选的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，为了实现固定板200及光滑斜坡400的可拆卸安装，可以在基板100周围设置均匀的凸起，并在固定板200及光滑斜坡400底部设置凹孔，从而可以利用凸起及凹孔结构，实现固定板200及光滑斜坡400的可拆卸安装。同样的，可以在第一支架a及第二支架b底部设置凹孔，实现两个探头的位置变换。
优选的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，为了保证试验过程，方式小球滑出斜坡，可以在光滑斜坡400两侧设有围栏402。
优选的，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，为了提高实验精度，减小外界空气对小球的影响，可以在基板100上设置透明罩体 800，且透明罩体800上设有通孔801，通孔801处通过导管连接有抽真空泵。从而可以利用真空泵将实验装置设置为真空环境。且可以将通孔设置在光滑斜坡顶部，以实现重复实验。
综上所述，本实用新型实施例提供的用于验证机械能守恒的实验装置，通过设置基板及安装在基板两端的光滑斜坡及弹簧，使得光滑斜坡的走向与弹簧的中心轴线一致，并在弹簧与光滑斜坡之间的基板上设置光滑轨道，在弹簧及光滑斜坡附近分别设置光电测速传感器，从而可以实验时，将小球自光滑斜坡的一定高度投下，使得该小球快速经过斜坡及光滑轨道，且运动至弹簧顶端，使得弹簧压缩，直至速度为零并返回斜坡，进而可以利用第二光电传感器在小球经过光滑轨道或斜坡时监测小球速度，验证动能及重力势能之间的转换，并利用第一光电测速传感器测量小球在将弹簧压缩到一定长度后小球的速度，验证动能与弹性势能之间的转换，从而实现了机械能守恒定律的验证。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于验证机械能守恒的实验装置，其特征在于，包括：基板(100)、固定板(200)、弹簧(300)、光滑斜坡(400)、第一光电测速传感器(500)、第二光电测速传感器(600)及多个小球(700)，所述固定板(200)竖直且可拆卸的固定在所述基板(100)的一端，所述光滑斜坡(400)可拆卸的设置在所述基板(100)的另一端；所述固定板(200)一侧设有凸块(201)，所述弹簧(300)通过所述凸块(201)卡接在所述固定板(200)上，且所述弹簧(300)中心轴线与所述固定板(200)垂直，所述光滑斜坡(400)的走向与所述弹簧(300)的中心轴线一致，所述弹簧(300)与所述光滑斜坡(400)之间的所述基板(100)上设有光滑轨道(101)；所述第一光电测速传感器(500)及所述第二光电测速传感器(600)分别可拆卸的设置在所述基板(100)上，且所述第一光电测速传感器(500)的探头(501)邻近所述弹簧(300)设置，所述第二光电测速传感器(600)的探头(601)邻近所述光滑轨道(101)设置；所述基板(100)靠近所述弹簧(300)处设有第一刻度尺(301)，所述刻度尺的两端与所述弹簧(300)两端对齐；所述光滑斜坡(400)上设有竖直的第二刻度尺(401)；所述第一光电测速传感器(500)及所述第二光电测速传感器(600)分别与电源电联接。
2.根据权利要求1所述的用于验证机械能守恒的实验装置，其特征在于，所述弹簧(300)与所述基板(100)之间存在距离。
3.根据权利要求1所述的用于验证机械能守恒的实验装置，其特征在于，所述第一光电测速传感器(500)的探头(501)通过第一支架(a)可拆卸的安装在所述基板(100)上，所述第二光电测速传感器(600)的探头(601)通过第二支架(b)安装在所述基板(100)上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于验证机械能守恒的实验装置，其特征在于，所述光滑斜坡(400)两侧设有围栏(402)。
5.根据权利要求1-3任一项所述的用于验证机械能守恒的实验装置，其特征在于，所述基板(100)上设有多个凸起，所述固定板(200)及所述光滑斜坡(400)底部设有用于卡接所述凸起的凹孔。
6.根据权利要求1-3任一项所述的用于验证机械能守恒的实验装置，其特征在于，所述基板(100)上设有透明罩体(800)，所述透明罩体(800)上设有通孔(801)，所述通孔(801)处通过导管连接有抽真空泵。
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|---|---|---|---|---|
| CN111932999A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-13 | 安庆师范大学 | 基于重力势能转换的势能实验装置 |
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2018
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