CN210378014U - 一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，通过切换不同的演示头组件，能够演示不同类型的作用力与反作用力之间的关系，如能够演示出两个接触的物体之间的作用力与反作用力之间的关系，还能演示不接触的两个物体相互间的作用力，如两磁铁之间的磁场间的相互作用力；也能演示固体在与液体的作用力，如放入水中的物体受到水的浮力与物体对液体的作用力；对于不同类型的作用力与反作用力，本装置均能通过电子秤直接读数，能够进行直观准确地演示，有助于学生对作用力和反作用力的理解和学习，而且设计巧妙、制作成本低、操作简单、适于教学推广。

Description

一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置

技术领域

本实用新型涉及物理实验演示仪器技术领域，具体为一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置。

背景技术

力是存在于两物体间的相互作用，甲物体对乙物体有作用力，乙物体也必对甲物体有作用力。它们相互以对方作为自己存在的前提，不能孤立地存在。我们把其中的任意一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力。根椐牛顿第三定律：两个物体间的作用力和反作用力大小相等、方向相反，作用在一条直线上。

作用力与反作用力是初中物理教学中的一个难点，需要学生具有较强的抽象思维能力，而学生对这部分内容的感性知识少，所以造成一些概念模糊不清。在教学过程中，通常教师都要在黑板上绘制解说图，尽力地描述作用力与反作用力的状态，以及弹性碰撞与非弹性碰撞的状态。学生只能凭借着想象力来抽象的理解。同样的，在科普场馆如何直观的展示这些内容，也困扰着展品设计者。

目前，在初中、高中物理的教学实验中都是采用拉动两个互相勾住的弹簧秤，看弹簧秤的读数是否相等来演示作用力与反作用力。这种装置无法演示两个不接触的物体之间的作用力，并且演示效果不明显，达不到教学效果。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其能直观准确的演示出两个接触的物体之间的作用力与反作用力之间的关系，还能演示不接触的两个物体相互间的作用力，如两磁铁之间的相互作用力；也能演示固体在与液体的作用力，如放入水中的物体受到水的浮力与物体对液体的作用力；对于不同类型的作用力与反作用力，本装置均能进行直观准确地演示，有助于学生对作用力和反作用力的理解和学习，而且设计巧妙、制作成本低、操作简单、适于教学推广。

本实用新型技术方案如下：

一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，包括底座、支撑柱、升降平台以及顶部平台，所述顶部平台通过所述支撑柱固定设置于所述底座上方；所述顶部平台与所述底座平行间隔设置；所述升降平台通过一升降机构设置于所述顶部平台与底座之间，所述升降平台通过所述升降机构能够远离或靠近所述顶部平台；所述升降平台与所述顶部平台平行间隔设置，且其中心在同一竖直的直线上；

所述演示装置还包括第一电子秤、第二电子秤、一对由上演示头和下演示头组成的能够相互配合作用的演示头组件以及用于安装所述上演示头的安装架；所述第一电子秤放置在所述顶部平台上；所述第二电子秤放置在所述升降平台上；所述第一电子秤与所述第二电子秤的中心在同一竖直的直线上；所述安装架为矩形框结构，其由上下平行间隔设置的上顶板和下底板以及设置于所述下底板远离所述上顶板一面中心的第一连接管组成；所述第一连接管与所述下底板垂直，其垂足为所述下底板的中心；所述安装架套设在所述顶部平台的第一电子秤上，所述上顶板底面与所述第一电子秤的称重面接触，所述下底板设置于所述顶部平台下方；所述上顶板对所述第一电子秤施加向下的压力；所述上演示头与所述下底板中心的所述第一连接管可拆卸固定连接；所述下演示头设置于所述第二电子秤的承重面中心。

进一步的，当演示头组件用于演示磁铁磁力相互吸引的相互作用时，还包括用于支撑所述下演示头的支撑板；所述支撑板放置于所述第二电子秤的称重面上；所述支撑板远离所述第二电子秤的平面中心垂直设置有第二连接管；所述演示头组件为磁铁演示头组件；所述上演示头与所述下演示头结构对称；所述上演示头由上安装管和固定镶嵌于所述上安装管端面的上磁铁组成；所述上安装管为空心管，其内径大于所述第一连接管；所述上安装管套设于所述第一连接管上；所述下演示头由上下安装管和固定镶嵌于所述下安装管端面的下磁铁组成；所述下安装管为空心管，其内径大于所述第二连接管；所述下安装管套设于所述第二连接管上；所述上磁铁和所述下磁铁相互靠近的一面磁极相异；且其中心在同一直线上。

进一步的，当演示头组件用于演示磁铁磁力相互排斥的相互作用时，所述上磁铁和所述下磁铁相互靠近的一面磁极相同；且其中心在同一直线上。

进一步的，当演示头组件用于演示弹簧弹力的相互作用时，还包括用于支撑所述下演示头的支撑板；所述支撑板放置于所述第二电子秤的称重面上；所述支撑板远离所述第二电子秤的平面中心垂直设置有第二连接管；所述演示头组件为弹簧演示头；所述上演示头与所述下演示头合二为一，其由一根弹簧和设置于所述弹簧两端的安装管；所述安装管为空心管，其内径大于所述第二连接管；所述第一连接管与所述第二连接管直径相同；所述弹簧两端的安装管分别套设于所述第一连接管和所述第二连接管上。

这样，可以让演示者和学生直观地看清弹簧的形变量和弹簧弹力的具体数值，演示效果更好。

进一步的，当演示头组件用于演示液体对于固体的浮力的相互作用时，所述演示头组件为固液演示头；所述上演示头由上安装管和粘接于所述上安装管端面的乒乓球或者其他质量小的空心球；所述乒乓球的中心在所述上安装管的中轴线上；所述上安装管空心管，其内径大于所述第一连接管；所述上安装管套设于所述第一连接管上；所述下演示头为具有开口装的容器，在容器内装有液体，所述乒乓球能够部分侵入液体即可；所述下演示头的容器直接放置于所述第二电子秤的称重面中心。

进一步的，所述升降机构为涡轮丝杆升降机构、滚珠丝杆升降机构中的任意一种。

进一步的，所述升降机构为齿轮升降机构、液压升降机构和步进电机升降机构中的任意一种。

进一步的，为了保证演示实验结果的精度及准确性，所述第一电子秤和所述第二电子秤的精度不低于0.1g。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，通过切换不同的演示头组件，能够演示不同类型的作用力与反作用力之间的关系，如能够演示出两个接触的物体之间的作用力与反作用力之间的关系，还能演示不接触的两个物体相互间的作用力，如两磁铁之间的相互作用力；也能演示固体在与液体的作用力，如放入水中的物体受到水的浮力与物体对液体的作用力；对于不同类型的作用力与反作用力，本装置均能通过电子秤直接读数，能够进行直观准确地演示，有助于学生对作用力和反作用力的理解和学习，而且设计巧妙、制作成本低、操作简单、适于教学推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型中演示磁铁磁力之间的相互作用力的演示装置的结构示意图；

图2为弹簧演示头的结构示意图；

图3为固液演示头的结构示意图。

附图中：1-底座；2-支撑柱；3-升降平台；4-顶部平台；5-升降机构；6-第一电子秤；7-第二电子秤；8-演示头组件；801-上安装管；802-上磁铁；803-下安装管；804-下磁铁；805-弹簧；806-安装管；807-乒乓球；808-容器；9-安装架；901-上顶板；902-下底板；903-第一连接管；10-支撑板；11-第二连接管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例1

如图1所示，本实施例中的一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，包括底座1、支撑柱2、升降平台3以及顶部平台4，所述顶部平台4通过所述支撑柱2固定设置于所述底座1上方；所述顶部平台4与所述底座1平行间隔设置；所述升降平台3通过一升降机构5设置于所述顶部平台4与底座1之间，所述升降平台3通过所述升降机构5能够远离或靠近所述顶部平台4；所述升降平台3与所述顶部平台4平行间隔设置，且其中心在同一竖直的直线上；

所述演示装置还包括第一电子秤6、第二电子秤7、一对由上演示头（图中未标注）和下演示头（图中未标注）组成的能够相互配合作用的演示头组件8以及用于安装所述上演示头的安装架9；所述第一电子秤6放置在所述顶部平台4上；所述第二电子秤7放置在所述升降平台3上；所述第一电子秤6与所述第二电子秤7的中心在同一竖直的直线上；所述安装架9为矩形框结构，其由上下平行间隔设置的上顶板901和下底板902以及设置于所述下底板902远离所述上顶板901一面中心的第一连接管903组成；所述第一连接管903与所述下底板902垂直，其垂足为所述下底板902的中心；所述安装架9套设在所述顶部平台4的第一电子秤6上，所述上顶板901底面与所述第一电子秤901的称重面接触，所述下底板902设置于所述顶部平台4下方；所述上顶板901对所述第一电子秤6施加向下的压力；所述上演示头与所述下底板902中心的所述第一连接管903可拆卸固定连接；所述下演示头设置于所述第二电子秤7的承重面中心。

本实施例中的演示头组件用于演示磁铁磁力相互吸引的相互作用，还包括用于支撑所述下演示头的支撑板10；所述支撑板10放置于所述第二电子秤7的称重面上；所述支撑板10远离所述第二电子秤7的平面中心垂直设置有第二连接管11；所述演示头组件8为磁铁演示头组件；所述上演示头与所述下演示头结构对称；所述上演示头由上安装管801和固定镶嵌于所述上安装管801端面的上磁铁802组成；所述上安装管801为空心管，其内径大于所述第一连接管903；所述上安装管801套设于所述第一连接管903上；所述下演示头由上下安装管803和固定镶嵌于所述下安装管803端面的下磁铁804组成；所述下安装管803为空心管，其内径大于所述第二连接管11；所述下安装管803套设于所述第二连接管11上；所述上磁铁802和所述下磁铁804相互靠近的一面磁极相异；且其中心在同一直线上。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例中的演示头组件用于演示磁铁磁力相互排斥的相互作用，所述上磁铁802和所述下磁铁804相互靠近的一面磁极相同；且其中心在同一直线上。

使用时，将演示装置安装好后，首先对第一电子秤6和第二电子秤7读数清零后开始演示实验，当磁铁异极相吸时，即演示实施例1时，下磁铁804对上磁铁802有一个吸引力，导致上顶板901对第一电子秤6的压力增大，作用在第一电子秤6上的力增大，读数为正数；上磁铁802也对下磁铁804有一个向上的作用力（吸引力），这个力叠加在下磁铁804的重力上，相当于与下磁铁804的重力的方向相反，导致第二电子秤7的压力减小，读数为负数。

若是安装的是磁铁的同极相对，根据磁铁同极相斥的原理，即演示实施例2时，则可以观察到第一电子秤6的读数变成了负数，第二电子秤7的读数变成了正数，它们的绝对值相同，即正负之和为0。

调节升降机构时，可以看到读数同时变大或变小，且读数的正负之和始终为0。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例中的演示头组件用于演示弹簧弹力的相互作用，还包括用于支撑所述下演示头的支撑板10；所述支撑板10放置于所述第二电子秤7的称重面上；所述支撑板10远离所述第二电子秤7的平面中心垂直设置有第二连接管11；所述演示头组件8为弹簧演示头；所述上演示头与所述下演示头合二为一，其由一根弹簧805和设置于所述弹簧805两端的安装管806；所述安装管806为空心管，其内径大于所述第二连接管11；所述第一连接管901与所述第二连接管11直径相同；所述弹簧805两端的安装管806分别套设于所述第一连接管901和所述第二连接管11上。

演示时，当向上调节升降机构5时，弹簧805下面对上面有一个挤压力，第一电子秤6的读数减少，第二电子秤7的读数增加；反之降低升降机构5时，弹簧805上面对下面有一个拉伸力，第二电子秤7的读数减少，第一电子秤6的读数增加，但两台电子秤的读数正负之和始终为0。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例中的演示头组件用于演示液体对于固体的浮力的相互作用，所述演示头组件为固液演示头；所述上演示头由上安装管801和粘接于所述上安装管801端面的乒乓球807；所述乒乓球807的中心在所述上安装管801的中轴线上；所述上安装管801空心管，其内径大于所述第一连接管903；所述上安装管801套设于所述第一连接管903上；所述下演示头为具有开口装的容器808，在容器808内装有液体，所述乒乓球807能够部分侵入液体即可；所述下演示头的容器808直接放置于所述第二电子秤7的称重面中心。

演示时，在容器807中装满水，乒乓球807刚好露在水面，打开两台电子秤的开关，同时显示0.0，调节升降机构5，观察两电子秤的读数变化。当升高升降平台3时，乒乓球807浸入水中的体积增加，受到的浮力增加，第一电子秤6读数减少，第二电子秤7读数增加。当下降升降平台3时，乒乓球807浸入水中的体积减少，受到的浮力减少，第一电子秤6读数增加，第二电子秤7读数减少。无论增加或减少，但两台电子秤的读数数值正负之和始终为0。

在上述实施例中，所述升降机构5为涡轮丝杆升降机构、滚珠丝杆升降机构中的任意一种。

优选地，所述升降机构5还可以为齿轮升降机构、液压升降机构和步进电机升降机构中的任意一种。

需要说明的是，不管采用哪种升降机构，只要能调节上演示头和下演示头之间的距离都可以作为本申请技术方案中的升降机构来使用，其结构均是本领域技术人员应该知晓的公知常识，属于现有技术，故本申请人在说明书中不再重复赘述。

优选地，为了保证演示实验结果的精度及准确性，所述第一电子秤6和所述第二电子秤7的精度不低于0.1g。

通过上述实施例可以看出，本申请中的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，通过切换不同的演示头组件，能够演示不同类型的作用力与反作用力之间的关系，如能够演示出两个接触的物体之间的作用力与反作用力之间的关系，还能演示不接触的两个物体相互间的作用力，如两磁铁之间的相互作用力；也能演示固体在与液体的作用力，如放入水中的物体受到水的浮力与物体对液体的作用力；对于不同类型的作用力与反作用力，本装置均能通过电子秤直接读数，能够进行直观准确地演示，有助于学生对作用力和反作用力的理解和学习，而且设计巧妙、制作成本低、操作简单、适于教学推广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：包括底座、支撑柱、升降平台以及顶部平台，所述顶部平台通过所述支撑柱固定设置于所述底座上方；所述顶部平台与所述底座平行间隔设置；所述升降平台通过一升降机构设置于所述顶部平台与底座之间，所述升降平台通过所述升降机构能够远离或靠近所述顶部平台；所述升降平台与所述顶部平台平行间隔设置，且其中心在同一竖直的直线上；

所述演示装置还包括第一电子秤、第二电子秤、一对由上演示头和下演示头组成的能够相互配合作用的演示头组件以及用于安装所述上演示头的安装架；所述第一电子秤放置在所述顶部平台上；所述第二电子秤放置在所述升降平台上；所述第一电子秤与所述第二电子秤的中心在同一竖直的直线上；所述安装架为矩形框结构，其由上下平行间隔设置的上顶板和下底板以及设置于所述下底板远离所述上顶板一面中心的第一连接管组成；所述第一连接管与所述下底板垂直，其垂足为所述下底板的中心；所述安装架套设在所述顶部平台的第一电子秤上，所述上顶板底面与所述第一电子秤的称重面接触，所述下底板设置于所述顶部平台下方；所述上顶板对所述第一电子秤施加向下的压力；所述上演示头与所述下底板中心的所述第一连接管可拆卸固定连接；所述下演示头设置于所述第二电子秤的承重面中心。

2.根据权利要求1所述的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：还包括用于支撑所述下演示头的支撑板；所述支撑板放置于所述第二电子秤的称重面上；所述支撑板远离所述第二电子秤的平面中心垂直设置有第二连接管；所述演示头组件为磁铁演示头组件；所述上演示头与所述下演示头结构对称；所述上演示头由上安装管和固定镶嵌于所述上安装管端面的上磁铁组成；所述上安装管为空心管，其内径大于所述第一连接管；所述上安装管套设于所述第一连接管上；所述下演示头由上下安装管和固定镶嵌于所述下安装管端面的下磁铁组成；所述下安装管为空心管，其内径大于所述第二连接管；所述下安装管套设于所述第二连接管上；所述上磁铁和所述下磁铁相互靠近的一面磁极相异；且其中心在同一直线上。

3.根据权利要求2所述的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：所述上磁铁和所述下磁铁相互靠近的一面磁极相同；且其中心在同一直线上。

4.根据权利要求1所述的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：还包括用于支撑所述下演示头的支撑板；所述支撑板放置于所述第二电子秤的称重面上；所述支撑板远离所述第二电子秤的平面中心垂直设置有第二连接管；所述演示头组件为弹簧演示头；所述上演示头与所述下演示头合二为一，其由一根弹簧和设置于所述弹簧两端的安装管；所述安装管为空心管，其内径大于所述第二连接管；所述第一连接管与所述第二连接管直径相同；所述弹簧两端的安装管分别套设于所述第一连接管和所述第二连接管上。

5.根据权利要求1所述的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：所述演示头组件为固液演示头；所述上演示头由上安装管和粘接于所述上安装管端面的乒乓球或者其他质量小的空心球；所述乒乓球的中心在所述上安装管的中轴线上；所述上安装管空心管，其内径大于所述第一连接管；所述上安装管套设于所述第一连接管上；所述下演示头为具有开口装的容器，在容器内装有液体，所述乒乓球能够部分侵入液体即可；所述下演示头的容器直接放置于所述第二电子秤的称重面中心。

6.根据权利要求1所述的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：所述升降机构为涡轮丝杆升降机构、滚珠丝杆升降机构中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：所述升降机构为齿轮升降机构、液压升降机构和步进电机升降机构中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的能够演示不同类型的作用力与反作用力的演示装置，其特征在于：所述第一电子秤和所述第二电子秤的精度不低于0.1g。

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