CN213716280U - 一种动力可控的超重失重探究装置 - Google Patents

Abstract

一种动力可控的超重失重探究装置，包括：两根竖向设置的固定架、一连接杆、一电路盒、一滑轮组件、一待测物、一带显示屏的加速度传感器、一第一拉绳、一铁环，所述连接杆左、右两端分别穿过两根所述固定架的上端，使得两根所述固定架对称设于所述连接杆两端；所述电路盒螺钉固定于左侧所述固定架上；所述滑轮组件固定于所述连接杆上；所述待测物置于所述滑轮组件上，且所述加速度传感器置于所述待测物上端面上；所述第一拉绳一端固定于所述连接杆上，另一端连接所述铁环，且所述铁环位于所述连接杆下部；优点是：使动力稳定、可控，向上加速、向上减速、向下加速、向下减速四个过程清楚分明、状态稳定、便于观察与记录；减少制作成本、便于推广。

Description

一种动力可控的超重失重探究装置

技术领域

本实用新型涉及教学演示设备技术领域，具体地说是一种动力可控的超重失重探究装置。

背景技术

超重和失重是在日常生活中常见的现象，电梯升降、蹲下站起，都与超重和失重有着千丝万缕的联系。但是在日常生活中，人们很少从受力分析的角度思考其中蕴含的物理知识。高一学生在学习必修1时，刚刚结束初中的学习，思维上正是处于从感性思维向理性思维过渡的关键时期，首先，容易受“超重、失重”字面意思的误导，错误地认为超重是重力增加，失重是重力减少；其次，容易根据生活经验误认为，超重失重与速度方向有关；

虽然基于以上思考，不少相关领域的人研发了超重失重的教具，以帮助学生探索超重失重的判断条件。但是，仍然存在如下问题：

1、现有的教具由于动力来源不稳定，无法明确显现向上加速，向上减速，向下加速，向下减速四个过程；

2、也有的因为在使用过程中需要使用到电脑来显示，而由于欠发达地区经费问题，无法推广使用；

3、还有些教具利用磁铁在空中的自动分离与合体改变重物重量，使动力既可控可变又相对稳定，但是，磁铁在空中分离时，二者在电磁力的作用下仍会互相吸引，因此存在无法顺利分离的风险，即使成功分离，在分离的这一小段时间内，装置的动力处于不稳定状态，使实验的不可观察性增加；再者，该装置进行试验时也无法深入定量层面，无法使得学生更直观地了解超重失重。

上述现有技术，忽视了加速度的展示或测量，加速度的方向则需通过受力分析得出，不利于刚刚学习牛顿三定律的学生从感性思维向理性思维的转变因此，基于上述问题，致力于研究一种装置以解决上述诸问题迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型提供一种动力可控的超重失重探究装置，目的是克服上述至少一种技术缺陷，使运动状态更加稳定可控，向上加速，向上减速，向下加速，向下减速这四个过程更加清楚明了，且推广性高。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种动力可控的超重失重探究装置，包括：两根竖向设置的固定架、一连接杆、一电路盒、一滑轮组件、一待测物、一带显示屏的加速度传感器、一第一拉绳、一铁环，所述连接杆左、右两端分别穿过两根所述固定架的上端，使得两根所述固定架对称设于所述连接杆两端；所述电路盒螺钉固定于左侧所述固定架上；所述滑轮组件固定于所述连接杆上；所述待测物置于所述滑轮组件上，且所述加速度传感器置于所述待测物上端面上；所述第一拉绳一端固定于所述连接杆上，另一端连接所述铁环，且所述铁环位于所述连接杆下部；

其中，所述滑轮组件包括一开设有通孔的第一铜片、一弹簧、一第二拉绳、一第三拉绳、一第一定滑轮、一横向设置的弹簧测力计、一第二定滑轮、一第三定滑轮、一第四定滑轮、一动滑轮、一电磁铁，所述弹簧的下端固定于左侧所述固定架上；所述第一定滑轮、所述弹簧测力计、所述第二定滑轮、所述第三定滑轮、所述第四定滑轮从左至右依次置于所述连接杆上，且所述第二拉绳下端穿过所述第一铜片的通孔后与所述弹簧上端连接、另一端穿过所述第一定滑轮与所述弹簧测力计的左侧连接；所述第三拉绳的一端与所述弹簧测力计的右侧连接，另一端依次穿过所述第二定滑轮、所述动滑轮、所述第三定滑轮、所述第四定滑轮后与所述电磁铁连接，所述第一定滑轮、所述第二定滑轮、所述第三定滑轮、所述第四定滑轮在所述连接杆与所述固定架所在的的同一平面内转动；

所述动滑轮、所述电磁铁均位于所述连接杆以下；所述待测物通过第四拉绳与所述动滑轮连接；

所述电路盒上朝向所述第一铜片的一侧有开口，使得连接电池正极的导线延伸出所述电路盒后绑接于所述第一铜片的通孔上，同时所述第一铜片的一端延伸至所述电路盒中，使得所述第一铜片在所述弹簧上升或下降的过程中上升或下降，以接通所述电路盒上的LED红灯或LED蓝灯。

进一步地，所述电路盒还包括一电池、两片第二铜片，所述电池、两片所述第二铜片均设置于所述电路盒内部，所述电池通过导线分别与所述LED红灯、所述LED蓝灯并联，所述LED红灯、所述LED蓝灯分别通过导线与一块所述第二铜片串联，且两块所述第二铜片均位于所述电路盒上设有开口的一侧、并分别位于所述第一铜片的上、下部，使得所述第一铜片在上升、下降过程中分别与两块所述第二铜片接触，以接通所述LED红灯、所述LED蓝灯。

进一步地，所述电磁铁的开关设于右侧的所述固定架上，且所述开关与所述电磁铁导线连接。

进一步地，所述第一拉绳位于所述连接杆上距离所述第四定滑轮左侧1cm 处。

进一步地，所述第一拉绳的长度等于所述固定架高度的二分之一。

进一步地，所述电磁铁的质量小于所述待测物质量的二分之一；所述电磁铁与所述铁环的质量之和大于所述待测物质量的二分之一。

本实用新型的一种动力可控的超重失重探究装置，其优点是：

1、通过电磁铁通断电来控制电磁铁与小铁环的分离与合体，使动力稳定、可控，向上加速、向上减速、向下加速、向下减速四个过程清楚分明、状态稳定、便于观察与记录；

2、由于受力状态稳定，故可将力的传感器与电脑替换为弹簧测力计，在减少了制作成本更加便于推广的同时，也使观测过程更加直接简单，且保留了定量测量的优点；

3、加装带显示屏的加速度传感器，使刚刚学习牛顿三定律，正处于感性思维向理性思维过渡的关键阶段的高一学生，能够直接观察到加速度的大小和方向，而不用从受力分析的角度推导加速度方向，使实验思路更便于被学生理解，提升教学效率；

4、本实用新型设计的结构简单便于制作、操作方便，便于理解，且利于欠发达地区师生使用。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型一种动力可控的超重失重探究装置的结构示意图；

图2为图1中去掉电路盒外壳的结构示意图；

其中：

固定架1、连接杆2；

电路盒3、LED红灯31、LED蓝灯32、电池33、第二铜片34、滑轮组件4、第一铜片41、弹簧42、第二拉绳43、第三拉绳44、第一定滑轮45、弹簧测力计46、第二定滑轮47、第三定滑轮48、第四定滑轮49、动滑轮410、电磁铁411、开关411a、第四拉绳412、

待测物5、加速度传感器6、第一拉绳7、铁环8、

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据图1所示的一种动力可控的超重失重探究装置，包括：两根竖向设置的固定架1、一连接杆2、一电路盒3、一滑轮组件4、一待测物5、一带显示屏的加速度传感器6、一第一拉绳7、一铁环8，所述连接杆2左、右两端分别穿过两根所述固定架1的上端，使得两根所述固定架1对称设于所述连接杆2 两端；所述电路盒3螺钉固定于左侧所述固定架1上；所述滑轮组件4固定于所述连接杆2上；所述待测物5置于所述滑轮组件4上，且所述加速度传感器6置于所述待测物5上端面上；所述第一拉绳7一端固定于所述连接杆2上，另一端连接所述铁环8，且所述铁环8位于所述连接杆2下部；

其中，所述滑轮组件4包括一开设有通孔的第一铜片41、一弹簧42、一第二拉绳43、一第三拉绳44、一第一定滑轮45、一横向设置的弹簧测力计46、一第二定滑轮47、一第三定滑轮48、一第四定滑轮49、一动滑轮410、一电磁铁411，所述弹簧42的下端固定于左侧所述固定架1上；所述第一定滑轮 45、所述弹簧测力计46、所述第二定滑轮47、所述第三定滑轮48、所述第四定滑轮49从左至右依次置于所述连接杆2上，且所述第二拉绳43下端穿过所述第一铜片41的通孔后与所述弹簧42上端连接、另一端穿过所述第一定滑轮 45与所述弹簧测力计46的左侧连接；所述第三拉绳44的一端与所述弹簧测力计46的右侧连接，另一端依次穿过所述第二定滑轮47、所述动滑轮410、所述第三定滑轮48、所述第四定滑轮49后与所述电磁铁411连接，所述第一定滑轮45、所述第二定滑轮47、所述第三定滑轮48、所述第四定滑轮49在所述连接杆2的同一平面内转动；所述动滑轮410、所述电磁铁411均位于所述连接杆2以下；所述待测物5通过第四拉绳412与所述动滑轮410连接；

根据图2所示的所述电路盒3上朝向所述第一铜片41的一侧有开口，使得连接电池33正极的导线延伸出所述电路盒3后绑接于所述第一铜片41的通孔上，同时所述第一铜片41的一端延伸至所述电路盒3中，使得所述第一铜片41在所述弹簧42上升或下降的过程中上升或下降，以接通所述电路盒3上的LED红灯31或LED蓝灯32。

进一步地，根据图2所示的所述电路盒3还包括一电池33、两片第二铜片 34，所述电池33、两片所述第二铜片34均设置于所述电路盒3内部，所述电池33通过导线分别与所述LED红灯31、所述LED蓝灯32并联，所述LED红灯 31、所述LED蓝灯32分别通过导线与一块所述第二铜片34串联，且两块所述第二铜片34均位于所述电路盒3上设有开口的一侧、并分别位于所述第一铜片41的上、下部，使得所述第一铜片41在上升、下降过程中分别与两块所述第二铜片34接触，以接通所述LED红灯31、所述LED蓝灯32。

进一步地，根据图1、图2所示的所述电磁铁411的开关411a设于右侧的所述固定架1上，且所述开关411a与所述电磁铁411导线连接。

进一步地，根据图1、图2所示的所述第一拉绳7位于所述连接杆2上距离所述第四定滑轮49左侧1cm处。

进一步地，根据图1、图2所示的所述第一拉绳7的长度等于所述固定架 1高度的二分之一。

进一步地，所述电磁铁411的质量小于所述待测物5与所述加速度传感器 6质量之和的二分之一；所述电磁铁411与所述铁环8的质量之和大于所述待测物5与所述加速度传感器6质量之和的二分之一。

本实用新型是这样实现的：

1、闭合所述电路盒3；

2、所述待测物5加速向上运动：首先打开所述开关411a，使得所述电磁铁411与所述铁环8吸附在一起，然后将二者抬至高处，并由静止开始释放。由于

故T>G，所述待测物5由静止开始向上做匀加速运动(相应地，所述电磁铁411由静止开始向下做匀加速运动)，加速度方向向上，处于超重状态，左侧所述LED红灯31亮，记录下运动方向、加速度方向、受力方向、超重失重状态于表格1中；(G代指所述待测物5与所述加速度传感器6质量之和、G₁代指所述电磁铁411质量、G₂代指所述铁环8质量、T代指所述第四拉绳412对所述待测物5施加的拉力)

3、所述待测物5减速向上运动：记录数据后，将所述开关411a断开，所述铁环8与所述电磁铁411间电磁力消失，二者分离；由于

故T<G，所述待测物5开始向上做匀减速运动(相应地，所述电磁铁411开始向下做匀减速运动)，直至速度减少为0，加速度方向向下，处于失重状态，右侧所述 LED蓝灯32亮，记录下运动方向、加速度方向、受力方向、超重失重状态于表格1中；

4、所述待测物5加速向下运动：首先将所述开关411a打开，所述电磁铁 411与所述铁环8分离，然后将所述电磁铁411拉至低处(至少低于所述铁环 8)，并由静止开始释放；由于

故T<G，所述待测物5由静止开始向下做匀加速运动(相应地，所述电磁铁411由静止开始向上做匀加速运动)，加速度方向向上，处于超重状态，左侧所述LED红灯31亮，记录下运动方向、加速度方向、受力方向、超重失重状态于表格1中；

5、所述待测物5减速向下运动：当所述电磁铁411上升至所述铁环8处时，所述铁环8会由于电磁力而与所述电磁铁411吸附在一起；由于

故T<G，所述待测物5开始向下做匀减速运动(相应地，所述电磁铁411由静止开始向上做匀减速运动)，直至速度减少为0，加速度方向向下，处于失重状态，右侧所述LED蓝灯32亮，记录下运动方向、加速度方向、受力方向、超重失重状态于表格1中；

6、根据表格记录，分析所述待测物5运动情况、加速度方向、LED灯亮情况、所述待测物5受力情况和超重/失重状态间的关系，得到判断超重/失重的条件为：加速度的方向。加速度方向向上，所述待测物5处于超重状态；加速度方向向下，所述待测物5处于失重状态。

表1待测物失重、超重情况表

优选地，本文中两根所述固定架1的底部设置有支撑架，且固定架1高度宜为2米，以延长处于超重/失重状态的时间，便于观察。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种动力可控的超重失重探究装置，其特征在于：包括两根竖向设置的固定架(1)、一连接杆(2)、一电路盒(3)、一滑轮组件(4)、一待测物(5)、一带显示屏的加速度传感器(6)、一第一拉绳(7)、一铁环(8)，所述连接杆(2)左、右两端分别穿过两根所述固定架(1)的上端，使得两根所述固定架(1)对称设于所述连接杆(2)两端；所述电路盒(3)螺钉固定于左侧所述固定架(1)上；所述滑轮组件(4)固定于所述连接杆(2)上；所述待测物(5)置于所述滑轮组件(4)上，且所述加速度传感器(6)置于所述待测物(5)上端面上；所述第一拉绳(7)一端固定于所述连接杆(2)上，另一端连接所述铁环(8)，且所述铁环(8)位于所述连接杆(2)下部；

其中，所述滑轮组件(4)包括一开设有通孔的第一铜片(41)、一弹簧(42)、一第二拉绳(43)、一第三拉绳(44)、一第一定滑轮(45)、一横向设置的弹簧测力计(46)、一第二定滑轮(47)、一第三定滑轮(48)、一第四定滑轮(49)、一动滑轮(410)、一电磁铁(411)，所述弹簧(42)的下端固定于左侧所述固定架(1)上；所述第一定滑轮(45)、所述弹簧测力计(46)、所述第二定滑轮(47)、所述第三定滑轮(48)、所述第四定滑轮(49)从左至右依次置于所述连接杆(2)上，且所述第二拉绳(43)下端穿过所述第一铜片(41)的通孔后与所述弹簧(42)上端连接、另一端穿过所述第一定滑轮(45)与所述弹簧测力计(46)的左侧连接；所述第三拉绳(44)的一端与所述弹簧测力计(46)的右侧连接，另一端依次穿过所述第二定滑轮(47)、所述动滑轮(410)、所述第三定滑轮(48)、所述第四定滑轮(49)后与所述电磁铁(411)连接，所述第一定滑轮(45)、所述第二定滑轮(47)、所述第三定滑轮(48)、所述第四定滑轮(49)在所述连接杆(2)与所述固定架(1)所在的同一平面内转动；

所述动滑轮(410)、所述电磁铁(411)均位于所述连接杆(2)以下；所述待测物(5)通过第四拉绳与所述动滑轮(410)连接；

所述电路盒(3)上朝向所述第一铜片(41)的一侧有开口，使得连接电池(33)正极的导线延伸出所述电路盒(3)后绑接于所述第一铜片(41)的通孔上，同时所述第一铜片(41)的一端延伸至所述电路盒(3)中，使得所述第一铜片(41)在所述弹簧(42)上升或下降的过程中上升或下降，以接通所述电路盒(3)上的LED红灯(31)或LED蓝灯(32)。

2.如权利要求1所述的一种动力可控的超重失重探究装置，其特征在于：

所述电路盒(3)还包括一电池(33)、两片第二铜片(34)，所述电池(33)、两片所述第二铜片(34)均设置于所述电路盒(3)内部，所述电池(33)通过导线分别与所述LED红灯(31)、所述LED蓝灯(32)并联，所述LED红灯(31)、所述LED蓝灯(32)分别通过导线与一块所述第二铜片(34)串联，且两块所述第二铜片(34)均位于所述电路盒(3)上设有开口的一侧、并分别位于所述第一铜片(41)的上、下部，使得所述第一铜片(41)在上升、下降过程中分别与两块所述第二铜片(34)接触，以接通所述LED红灯(31)、所述LED蓝灯(32)。

3.如权利要求1所述的一种动力可控的超重失重探究装置，其特征在于：所述电磁铁(411)的开关设于右侧的所述固定架(1)上，且所述开关与所述电磁铁(411)导线连接。

4.如权利要求1所述的一种动力可控的超重失重探究装置，其特征在于：所述第一拉绳(7)位于所述连接杆(2)上距离所述第四定滑轮(49)左侧1cm处。

5.如权利要求1所述的一种动力可控的超重失重探究装置，其特征在于：所述第一拉绳(7)的长度等于所述固定架(1)高度的二分之一。

6.如权利要求1所述的一种动力可控的超重失重探究装置，其特征在于：所述电磁铁(411)的质量小于所述待测物(5)与所述加速度传感器(6)质量之和的二分之一；所述电磁铁(411)与所述铁环(8)的质量之和大于所述待测物(5)与所述加速度传感器(6)质量之和的二分之一。

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