CN211294408U - 一种机械能守恒条件实验仪 - Google Patents

Abstract

为了更好地理解并应用机械能守恒条件知识，本实用新型提供一种机械能守恒条件实验仪，主要包括左侧板、摩擦条、轻质弹簧、光电门、刻度尺、计时器、底板、右侧板、遮光片、滑杆、滑块、调节螺母、顶板、水平仪等部分，其中顶板、左侧板、底板和右侧板组成一个“口”字形框架，刻度尺和滑杆水平固定在左侧板和右侧板之间，在滑杆上方有一硬质摩擦条，轻质弹簧左端固定在左侧板上，右侧挂在滑块上，在两滑杆中间。本实用新型通过不同的放置方式来分别探究系统在弹力、弹力与摩擦力、重力与弹力、重力与弹力和摩擦力一起做功的情况下机械能是否守恒，从而验证机械能守恒的条件，方便直观，可提高教学的效率。

Description

一种机械能守恒条件实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种中学物理教学与实验仪器，尤其涉及一种机械能守恒条件实验仪。

背景技术

在高中《物理》教材中的“机械能守恒定律”一节中，教材着重通过理论分析了在只有重力做功的物理系统内，动能与重力势能可以互相转化，而总的机械能保持不变；然后同理证明在只有弹力做功的物理系统内也是如此，整个过程都是理论推导，在应用相关知识解题时，对于只有重力做功的情形，学生勉强都能正确处理，当题目中出现弹簧时学生就不知所措了。这种理论推导的方法欠缺直观性，学生的学习兴趣较低，教学效果一般。

发明内容

为了增强教学的直观性，激起学生的兴趣，调动学生的积极性，本实用新型提供一种机械能守恒条件实验仪。该实验仪通过不同的放置方式来分别探究系统在弹力、弹力与摩擦力、重力与弹力、重力与弹力和摩擦力一起做功的情况下机械能是否守恒，从而验证机械能守恒的条件。本实用新型解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。

1、本实用新型提供的一种机械能守恒条件实验仪包括左侧板、摩擦条、绒布、轻质弹簧、光电门、读数窗、刻度尺、信号线、计时器、第一调平螺栓、底板、第一水平仪、弧形支撑架、第一调节螺母、右侧板、遮光片、滑杆、滑块、第二调节螺母、空槽、第二调平螺栓、顶板、第二水平仪，其中顶板、左侧板、底板和右侧板组成一个“口”字形框架，刻度尺和滑杆水平固定在左侧板和右侧板之间，滑杆在上，刻度尺在下，不能移动，在滑杆上方有一水平的下侧附有包着海绵的绒布的硬质摩擦条，摩擦条可以移动，通过第二调节螺母穿过左侧板和右侧板上对称的空槽来控制摩擦条的位置改变，轻质弹簧左端固定在左侧板上，右侧挂在滑块上，在两滑杆中间，轻质弹簧可以取下更换。

2、所述的滑块由两个单孔滑块组装而成，孔中间嵌有滚珠，滑块与滑杆间摩擦力小，滑块的下方固定有一个遮光片，遮光片随滑块移动时恰好能从固定在刻度尺上的光电门中央通过，调节第一调节螺母，光电门可以沿刻度尺左右移动，下方留有一读数窗，在光电门左边固定有带轻质弹簧的斜开口的单向挡块，光电门的信号线在“口”字形框架后面与计时器连接，信号线足够长，计时器不固定，可根据需要改变摆放位置，在底板和右侧板相交的转角处固定有弧形支撑架，底板上固定有第一水平仪，当本实用新型水平放置时，调节两个第一调平螺栓可以使底板水平，右侧板上固定有第二水平仪，当本实用新型竖直放置时，调节两个第二调平螺栓可以使右侧板水平。

本实用新型的有益效果是本实验仪操作简单，方便直观，可提高教学的效率。本实验仪通过不同的放置方式来分别探究系统在弹力、弹力与摩擦力、重力与弹力、重力与弹力和摩擦力一起做功的情况下机械能是否守恒，从而验证机械能守恒的条件，且有具体的实验数据作支撑，当题目中出现轻质弹簧时学生就很容易想起相关的实验模型了，更容易应用相关知识去解决实际问题；整个实验过程直观性强，学生的学习兴趣提高，让更多学生通过亲身经历获得更加直观的印象，从而加强对理论知识的理解，教学效果良好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明，其中图1是本实用新型水平放置的结构示意图，图2为本实用新型竖直放置的结构示意图，图3为本实用新型一种演示示意图。

具体实施方式

本实用新型提出了一种机械能守恒条件实验仪，能直观地验证机械能守恒定律的条件。

本实用新型的结构示意图如图1和图2所示，该实验仪包括左侧板1、摩擦条2、绒布3、轻质弹簧4、单向挡块5、光电门6、读数窗7、刻度尺8、信号线9、计时器10、第一调平螺栓11、底板12、第一水平仪13、弧形支撑架14、第一调节螺母15、右侧板16、遮光片17、滑杆18、滑块19、第二调节螺母20、空槽21、第二调平螺栓22、顶板23、第二水平仪24，其中顶板23、左侧板1、底板12和右侧板16组成一个“口”字形框架，刻度尺8和滑杆18水平固定在左侧板1和右侧板16之间，滑杆18在上，刻度尺8在下，不能移动，在滑杆18上方有一水平的下侧附有包着海绵的绒布3的硬质摩擦条2，摩擦条2可以移动，通过第二调节螺母20穿过左侧板1和右侧板16上对称的空槽21来控制摩擦条2的位置改变，轻质弹簧4左端固定在左侧板1上，右侧挂在滑块19上，在两滑杆18中间，轻质弹簧4可以取下更换。

所述的滑块19由两个单孔滑块组装而成，孔中间嵌有滚珠，滑块19与滑杆18间摩擦力小，滑块19的下方固定有一个遮光片17，遮光片17随滑块19移动时恰好能从固定在刻度尺8上的光电门6中央通过，调节第一调节螺母15，光电门6可以沿刻度尺8左右移动，下方留有一读数窗7，在光电门6左边固定有带轻质弹簧的斜开口的单向挡块5（单向挡块5左边缘到光电门6左边缘的距离稍大于遮光片17的宽度），光电门6的信号线9在“口”字形框架后面与计时器10连接，信号线9足够长，计时器10不固定，可根据需要改变摆放位置，在底板12和右侧板16相交的转角处固定有弧形支撑架14，底板12上固定有第一水平仪13，当本实用新型水平放置时，调节两个第一调平螺栓11可以使底板12水平，右侧板16上固定有第二水平仪24，当本实用新型竖直放置时，调节两个第二调平螺栓22可以使右侧板16水平。

在本实施例中，如图2所示，先把滑块19从轻质弹簧4上取下，滑块19滑至最低端， 根据第二水平仪24的显示调节第二调平螺栓22，使整个实验仪处于平衡状态；然后调节第 一调节螺母15，用光电门6的中线对准轻质弹簧4的末端，从刻度尺8上读出轻质弹簧4的末 端示数h₀并记录，并以h₀位置为系统重力势能和弹性势能的零点，将滑块19挂在轻质弹簧4 上，从刻度尺8上读出此时轻质弹簧4末端的示数h₁并记录，计算其伸长量x₀= h₁-h₀，根据胡 克定律可得轻质弹簧4的劲度系数k=。如图3所示，调节第二调节螺母20，使摩擦条2的包 着海绵的绒布3紧挨着滑杆18但不接触轻质弹簧4，并将摩擦条2固定，把滑块19拉至示数h₂ 处（在轻质弹簧4的弹性限度范围内）并记录，计算其伸长量x₁=h₂-h₀，此时滑块19的重力势 能为

，轻质弹簧4弹性势能为

，系统的机械能为

，静止释放滑块19，滑块19带着遮光片17经过光电门6和单向挡块5后弹 回时被单向挡块5挡住，计时器10测得遮光片17经过光电门一次的瞬时速度v₁，此时滑块19 重力势能为0，轻质弹簧4弹性势能为0，滑块19的动能为

，系统的机械能为

，因表达式里都有

，只要列表计算比较

和

的大小就可以比较 两次的机械能大小，用手按住单向挡块5，使遮光片17返回至h₁处，调节第二调节螺母20，使 摩擦条2的包着海绵的绒布3逐渐轻挨着滑杆18直至摩擦条2远离滑杆18，重复上述操作，把 每次的

和

的结果填入表中，发现摩擦条2挨着滑杆18越紧，二者的差距越 大，摩擦条2挨着滑杆18越松，二者的差距越小，当摩擦条2离开滑杆18时，二者的差距不变 且很小，在误差允许的范围内（轻质弹簧的质量忽略不计），可认为近似相等，因此可得系统 在重力与弹力和摩擦力一起做功的情况下机械能不守恒，在只有重力和弹力做功的情况下 机械能守恒。

如图1所示，将实验仪水平放置，把滑块19从轻质弹簧4上取下，根据第一水平仪13 的显示调节第一调平螺栓11，使整个实验仪处于平衡状态；然后调节第一调节螺母15，用光 电门6的中线对准轻质弹簧4的末端，从刻度尺8上读出轻质弹簧4的末端示数s₀并记录，并 以s₀位置为弹性势能的零点，将滑块19挂在轻质弹簧4上，轻质弹簧4和滑块19都处于静止 状态，调节第二调节螺母20，使摩擦条2的包着海绵的绒布3紧挨着滑杆18但不接触轻质弹 簧4，并将摩擦条2固定，把滑块19拉至示数s处（在轻质弹簧4的弹性限度范围内）并记录，计 算其伸长量x₂=s-s₀，此时，系统的弹性势能为

，系统的机械能为

，静止释放滑块19，滑块19带着遮光片17经过光电门6和单向挡块5后，弹回时被单 向挡块5挡住，计时器10测得遮光片17经过光电门一次的瞬时速度v₂，此时系统的弹性势能 为0，滑块19的动能为

，系统的机械能为

，因表达式里都有

，列表计 算比较

和

的大小就可以比较两次的机械能大小，用手按住单向挡块5，使遮光片 17返回至轻质弹簧4自由伸长处，调节第二调节螺母20，使摩擦条2的包着海绵的绒布3逐渐 轻挨着滑杆18直至摩擦条2远离滑杆18，重复上述操作，把每次的

和

的结果填入 表中，发现摩擦条2挨着滑杆18越紧，二者的差距越大，摩擦条2挨着滑杆18越松，二者的差 距越小，当摩擦条2离开滑杆18时，二者的差距不变且很小，在误差允许的范围内（轻质弹簧 的质量忽略不计），可认为近似相等，因此可得系统在弹力和摩擦力一起做功的情况下机械 能不守恒，在只有弹力做功的情况下机械能守恒。

注意：在实验前和实验完毕后都要滴几滴机油在滑块19和细方形铁棒接口处，既能防锈又能减小摩擦，以免仪器受损。

Claims (2)

1.一种机械能守恒条件实验仪，该实验仪包括左侧板、摩擦条、绒布、轻质弹簧、光电门、读数窗、刻度尺、信号线、计时器、第一调平螺栓、底板、第一水平仪、弧形支撑架、第一调节螺母、右侧板、遮光片、滑杆、滑块、第二调节螺母、空槽、第二调平螺栓、顶板和第二水平仪，其特征在于所述的顶板、左侧板、底板和右侧板组成一个“口”字形框架，刻度尺和滑杆水平固定在左侧板和右侧板之间，滑杆在上，刻度尺在下，不能移动，在滑杆上方有一水平的下侧附有包着海绵的绒布的硬质摩擦条，摩擦条可以移动，通过第二调节螺母穿过左侧板和右侧板上对称的空槽来控制摩擦条的位置改变，轻质弹簧左端固定在左侧板上，右侧挂在滑块上，在两滑杆中间，轻质弹簧可以取下更换。

2.根据权利要求1所述的一种机械能守恒条件实验仪，其特征在于所述的滑块由两个单孔滑块组装而成，孔中间嵌有滚珠，滑块与滑杆间摩擦力小，滑块的下方固定有一个遮光片，遮光片随滑块移动时恰好能从固定在刻度尺上的光电门中央通过，调节第一调节螺母，光电门可以沿刻度尺左右移动，下方留有一读数窗，在光电门左边固定有带轻质弹簧的斜开口的单向挡块，光电门的信号线在“口”字形框架后面与计时器连接，信号线长，计时器不固定，在底板和右侧板相交的转角处固定有弧形支撑架，底板上固定有第一水平仪，右侧板上固定有第二水平仪。

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