CN211455026U - 一种动量守恒实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种动量守恒实验仪。该实验仪主要由开关、背板、电磁铁、碰撞器、遮光片、滑轨、左侧板、水平支架、测速仪、调节底脚、底板、光电门、水平仪和右侧板等部分组成，其中所述的背板、左侧板、底板、右侧板相接处互相垂直固定连接成整体框架，两根滑轨同时穿过两个碰撞器水平固定在左侧板和右侧板之间，开关固定在背板的上部中央，其碰撞器的瞬时速度可以由测速仪直接读出，实验过程很严谨，能定量地研究动量守恒定律，实验简单易操作，便捷直观，并能与传统的实验有机结合，更有利于实验探究教学的开展。

Description

一种动量守恒实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种物理实验教学仪器，尤其涉及一种动量守恒实验仪。

背景技术

人教版《物理》教材3-5中的“动量守恒定律”，是高中物理的基础理论之一，目前教材中所用的探究和验证动量守恒定律的实验主要是利用从斜轨滚下的小球去碰撞静止在水平轨道上的小球，在白纸上放复写纸，通过小球落地后留在复写纸和白纸上的砸痕确定飞行距离。该实验虽然能够验证动量守恒定律，但在实际教学过程中，由于其没有直接测速功能，而是根据平抛运动的规律计算速度，物理规律综合太多，增加了学生理解的负担，且该实验不能演示质量小的球碰撞质量大的球时反弹的情况。

发明内容

为了克服以上的不足，快速并准确地探究动量守恒定律，本实用新型提供一种动量守恒实验仪。该实验仪主要由开关、背板、电磁铁、碰撞器、遮光片、滑轨、左侧板、水平支架、测速仪、调节底脚、底板、光电门、水平仪和右侧板等部分组成，其中所述的背板、左侧板、底板、右侧板相接处互相垂直固定连接成整体框架，两根滑轨同时穿过两个碰撞器水平固定在左侧板和右侧板之间，开关固定在背板的上部中央，其碰撞器的瞬时速度可以由测速仪直接读出，实验过程很严谨，能定量地研究动量守恒定律，实验简单易操作、便捷直观，并能与传统的实验有机结合，更有利于实验探究教学的开展。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动量守恒实验仪包括开关、背板、边框、一号电磁铁、一号碰撞器、二号电磁铁、固定轴、遮光片、二号滑轨、左侧板、水平支架、测速仪、调节底脚、底板、一号光电门、水平仪、带固定环调节螺母、二号光电门、调节螺母、下滑轮、右侧板、金属球、凹槽、上滑轮、二号碰撞器、一号滑轨，其中所述的背板、左侧板、底板、右侧板相接处互相垂直固定连接成整体框架，靠底板下方固定的四个调节底脚支撑，根据底板上面固定的水平仪的显示，调节调节底脚可使整个装置保持平衡状态，右侧板用螺栓固定，可以拆卸，一号滑轨和二号滑轨都有斜面段、水平段和凹槽，一号滑轨和二号滑轨同时穿过一号碰撞器和二号碰撞器水平固定在左侧板和右侧板之间，一号电磁铁和二号电磁铁固定在左侧板上，且分别与一号滑轨和二号滑轨的斜面平行，开关固定在背板的上部中央，同时控制一号电磁铁和二号电磁铁的通断，一号电磁铁和二号电磁铁的电源和连接导线都在背板的后面（未画出）。

2、所述的一号碰撞器和二号碰撞器的结构完全相同，都由边框、固定轴、遮光片、带固定环调节螺母、下滑轮、上滑轮和金属球几何对称固定成一个整体一起运动或静止，都是用带固定环调节螺母把金属球固定在长方形的边框中间，调节带固定环调节螺母可以更换金属球，固定轴是软铁棒，用固定轴把上滑轮和下滑轮固定在金属球的上方和下方，上滑轮和下滑轮的规格相同，它们的直径比金属球的直径小，能够绕固定轴自由转动，金属球被卡紧不能转动，在边框的下边框中间固定有遮光片，金属球的质量大于边框、固定轴、遮光片、带固定环调节螺母、下滑轮和上滑轮的总质量，一号碰撞器和二号碰撞器的上滑轮和下滑轮分别与一号滑轨和二号滑轨接触，它们之间的摩擦力小。

3、所述的水平支架也固定在左侧板和右侧板之间，一号光电门和二号光电门通过调节螺母固定在水平支架上，调节调节螺母可以改变一号光电门和二号光电门的位置，当一号碰撞器和二号碰撞器沿一号滑轨和二号滑轨运动时，遮光片刚好能从一号光电门和二号光电门的中间穿过，测速仪摆放在水平支架下的底板左侧，一号光电门和二号光电门通过背板后面的信号线（未画出）与测速仪相连。

本实用新型的有益效果是：

有精确的测速功能，实验过程很严谨，能定量地研究动量守恒定律；

教学中很容易操作，且能演示质量小的球碰撞质量大的球时反弹的情况，便于学生自己探究实验规律；

碰撞器的瞬时速度可以由测速仪直接读出，提高了实验的可靠性和可信度，也提高了课堂效率；

实验仪的结构简单，万一出现故障现象，任课教师能轻松随堂调整和维修处理。

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，图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种动量守恒实验仪，能用新的实验方案快速并准确地探究动量守恒定律。

本实用新型的结构示意图如图1所示，包括开关1、背板2、边框3、一号电磁铁4、一号碰撞器5、二号电磁铁6、固定轴7、遮光片8、二号滑轨9、左侧板10、水平支架11、测速仪12、调节底脚13、底板14、一号光电门15、水平仪16、带固定环调节螺母17、二号光电门18、调节螺母19、下滑轮20、右侧板21、金属球22、凹槽23、上滑轮24、二号碰撞器25、一号滑轨26，其中所述的背板2、左侧板10、底板14、右侧板21相接处互相垂直固定连接成整体框架，靠底板14下方固定的四个调节底脚13支撑，根据底板14上面固定的水平仪16的显示，调节调节底脚13可使整个装置保持平衡状态，右侧板21用螺栓固定，可以拆卸，一号滑轨26和二号滑轨9都有斜面段、水平段和凹槽23，一号滑轨26和二号滑轨9同时穿过一号碰撞器5和二号碰撞器25水平固定在左侧板10和右侧板21之间，一号电磁铁4和二号电磁铁6固定在左侧板10上，且分别与一号滑轨26和二号滑轨9的斜面段平行，开关1固定在背板2的上部中央，同时控制一号电磁铁4和二号电磁铁6的通断，一号电磁铁4和二号电磁铁6的电源和连接导线都在背板2的后面（未画出）。

所述的一号碰撞器5和二号碰撞器25的结构完全相同，都由边框3、固定轴7、遮光片8、带固定环调节螺母17、下滑轮20、上滑轮24和金属球22几何对称固定成一个整体一起运动或静止，都是用带固定环调节螺母17把金属球22固定在长方形的边框3中间，调节带固定环调节螺母17可以更换金属球22，固定轴7是软铁棒，用固定轴7把上滑轮24和下滑轮20固定在金属球22的上方和下方，上滑轮24和下滑轮20的规格相同，它们的直径比金属球22的直径小，能够绕固定轴7自由转动，金属球22被卡紧不能转动，在边框3的下边框中间固定有遮光片8，金属球22的质量大于边框3、固定轴7、遮光片8、带固定环调节螺母17、下滑轮20和上滑轮24的总质量，一号碰撞器5和二号碰撞器25的上滑轮24和下滑轮20分别与一号滑轨26和二号滑轨9接触，它们之间的摩擦力小。

所述的水平支架11也固定在左侧板10和右侧板21之间，一号光电门15和二号光电门18通过调节螺母19固定在水平支架11上，调节调节螺母19可以改变一号光电门15和二号光电门18的位置，当一号碰撞器5和二号碰撞器25沿一号滑轨26和二号滑轨9运动时，遮光片8刚好能从一号光电门15和二号光电门18的中间穿过，测速仪12摆放在水平支架11下的底板14左侧，一号光电门15和二号光电门18通过背板2后面的信号线（未画出）与测速仪12相连。

实验时，如图1所示，先在一号碰撞器5和二号碰撞器25上各固定一个质量为m和规格相同的金属球22，闭合开关1，使一号电磁铁4和二号电磁铁6通电带磁性吸住一号碰撞器5的固定轴7，根据底板14上面固定的水平仪16的显示，调节调节底脚13可使整个装置保持平衡状态，二号碰撞器25才能在一号光电门15和二号光电门18的中间位置保持静止状态，打开测速仪12（本实施例中使用的是MUJ-5B型记时计数测速仪）的开关，设置成碰撞测速模式，按功能键清零，然后断开开关1，使一号电磁铁4和二号电磁铁6同时断电失磁，一号碰撞器5沿一号滑轨26和二号滑轨9的斜面段逐渐加速下落，在两滑轨的水平段保持一定的速度向右运动，一号碰撞器5上的遮光片8通过一号光电门15，测出速度P1.1，一号碰撞器5上的金属球22与二号碰撞器25上的金属球22发生正碰，一号碰撞器5静止下来，二号碰撞器25会往右运动到凹槽23上才被迫停下来，二号碰撞器25上的遮光片8通过二号光电门18，测出速度P2.1，从测速仪12上读出并记录P1.1的示数v₁和P2.1的示数v₂，按测速仪12的功能键清零，重复上述操作，就能进行多次实验，把实验数据代入动量计算公式中，比较碰撞前后的动量和mv₁和mv₂在误差允许范围内是否近似相等（以向右的方向为速度正方向），验证动量守恒定律。

按测速仪12的功能键清零后，保持二号碰撞器25上质量为m的金属球22不变，把一号碰撞器5上的球换成一个规格相同质量为m₁的金属球22 ，m₁比m小，重复上述操作，发现一号碰撞器5上的遮光片8第一次通过一号光电门15，测出速度P1.1的示数为v₁₁，两球碰撞后二号碰撞器25会往右运动到凹槽23上才被迫停下来，二号碰撞器25上的遮光片8通过二号光电门18，测出速度P2.1的示数为v₂₁，一号碰撞器5会反弹回来，一号碰撞器5上的遮光片8第二次通过一号光电门15，测出速度P1.2的示数为v₁₂，一号碰撞器5爬上斜面段一小段距离又下落至水平段，一直运动到凹槽23上才被迫停下来，只要记录数据v₁₁、v₂₁和v₁₂，按测速仪12的功能键清零，重复上述操作，就能进行多次实验，把实验数据代入动量计算公式中，比较碰撞前后的动量和m₁v₁₁和（-m₁v₁₂+mv₂₁）是否相等，验证动量守恒定律。

按测速仪12的功能键清零后，保持二号碰撞器25上质量为m的金属球22不变，把一号碰撞器5上的球换成一个规格相同质量为m₂的金属球22 ，m₂比m大，重复上述操作，发现一号碰撞器5上的遮光片8第一次通过一号光电门15，测出速度P1.1的示数为v₁₁，两球碰撞后一号碰撞器5和二号碰撞器25都会往右运动到凹槽23上才被迫停下来，二号碰撞器25上的遮光片8先通过二号光电门18，测出速度P2.1的示数为v₂₁，一号碰撞器5上的遮光片8后通过二号光电门18，测出速度P2.1的示数为v₂₂，记录数据后按测速仪12的功能键清零，重复上述操作，就能进行多次实验，把实验数据代入动量计算公式中，比较碰撞前后的动量和m₂v₁₁和（m₂v₂₂+mv₂₁）是否相等，验证动量守恒定律。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (3)

1.一种动量守恒实验仪，该实验仪包括开关、背板、边框、一号电磁铁、一号碰撞器、二号电磁铁、固定轴、遮光片、二号滑轨、左侧板、水平支架、测速仪、调节底脚、底板、一号光电门、水平仪、带固定环调节螺母、二号光电门、调节螺母、下滑轮、右侧板、金属球、凹槽、上滑轮、二号碰撞器、一号滑轨，其特征在于所述的背板、左侧板、底板、右侧板相接处互相垂直固定连接成整体框架，靠底板下方固定的四个调节底脚支撑，右侧板用螺栓固定，可以拆卸，一号滑轨和二号滑轨都有斜面段、水平段和凹槽，一号滑轨和二号滑轨同时穿过一号碰撞器和二号碰撞器水平固定在左侧板和右侧板之间，一号电磁铁和二号电磁铁固定在左侧板上，且分别与一号滑轨和二号滑轨的斜面段平行，开关固定在背板的上部中央，同时控制一号电磁铁和二号电磁铁的通断，一号电磁铁和二号电磁铁的电源和连接导线都在背板的后面。

2.根据权利要求1所述的一种动量守恒实验仪，其特征在于所述的一号碰撞器和二号碰撞器的结构完全相同，都由边框、固定轴、遮光片、带固定环调节螺母、下滑轮、上滑轮和金属球几何对称固定成一个整体一起运动或静止，都是用带固定环调节螺母把金属球固定在长方形的边框中间，调节带固定环调节螺母可以更换金属球，固定轴是软铁棒，用固定轴把上滑轮和下滑轮固定在金属球的上方和下方，上滑轮和下滑轮的规格相同，它们的直径比金属球的直径小，能够绕固定轴自由转动，金属球被卡紧不能转动，在边框的下边框中间固定有遮光片，金属球的质量大于边框、固定轴、遮光片、带固定环调节螺母、下滑轮和上滑轮的总质量，一号碰撞器和二号碰撞器的上滑轮和下滑轮分别与一号滑轨和二号滑轨接触，它们之间的摩擦力小。

3.根据权利要求1所述的一种动量守恒实验仪，其特征在于所述的水平支架也固定在左侧板和右侧板之间，一号光电门和二号光电门通过调节螺母固定在水平支架上，调节调节螺母可以改变一号光电门和二号光电门的位置，当一号碰撞器和二号碰撞器沿一号滑轨和二号滑轨运动时，遮光片刚好能从一号光电门和二号光电门的中间穿过，测速仪摆放在水平支架下的底板左侧，一号光电门和二号光电门通过背板后面的信号线与测速仪相连。

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