CN2609091Y - 磁吸杠杆式凸凹桥实验仪 - Google Patents
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Abstract
一种磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：通过销轴与演示架板铰接的设置有软磁性材质的杠杆的左端通过活动连接装置与弧形双面槽轨的中部连接，且保证弧形双面槽轨所在的平面与杠杆垂直，与杠杆的下方相对应且在演示架板上水平设置有滑槽，在滑槽内自由滑移的磁铁或电磁铁通过杠杆的软磁性材质将杠杆的右侧吸住，支架上设置有与弧形双面槽轨相对应的引桥槽轨。本实用新型具有结构简单、操作灵活简便、准确可靠、演示效果显著和说服力强等优点，它不仅可以演示物体对凸凹桥底部或顶部压力变化的效果，还可以演示物体通过凸桥速度越来越大时所发生的物理现象。
Description
(一)、所属技术领域
本实用新型涉及一种实验仪，特别是一种用于中学教学上的力学实验仪。
(二)、技术背景
在高中物理中，竖直平面内圆周运动的凸凹桥问题是传统的重难点知识，对于汽车通过凸桥顶端时对桥的压力减小，经过凹桥底部时对桥的压力增大这一理论知识，学生总缺乏感性认识，难以信服。解决这一问题的唯一办法是让学生观察实验。可惜长期以来，一直没有满意的实验仪器供使用，只是教参上介绍了一种双铁丝凸凹桥轨道。如图4所示，它是用两根平行的铁丝，弯曲成M形的凸凹轨道，在凹桥底部的两铁丝之间做了一个搭钩，两根铁丝的四个端脚固在水平底座上。调节两铁丝轨道间的宽度，使钢质小球放在凹桥底部掉不下去，但稍加一点压力，小球即可掉下，如果把小球放在凸桥顶端，小球恰好可以掉下去。演示时，把小球放在凹桥底部，使小球掉不下去，再让小球从斜轨上方滚下，可以看到小球将两轨道撑开从中掉下，这可以说明运动小球经过凹桥底部时对桥压力大于静止时的压力。将凹桥下的搭钩钩上，置小球于凸桥顶端，小球将桥两轨撑开，正好从中落下，如果使小球从斜轨上滚下，则可以看到小球沿凸桥顶端滚过，这说明运动小球经过凸桥顶端时对桥的压力小于静止时的压力。通过实践证明，上述的实验仪不易达到所述的演示效果，它主要存在着如下的缺点：
1.凸凹桥两铁丝间距系手工扳扭而成，而且二者还相互牵制影响，故操作极为不便，可靠性差。
2.作凹桥实验时，往往小球在尚未到达凹桥底部就撑开两铁丝而掉下，因而准确性差。
3.由于小球常常是从凹桥的某一位置撑开铁丝而掉下，因此，小球通过凹桥底部时的“通过”得不到体现，真实感不强。
(三)、发明内容
本实用新型的目的就是提供一种结构简单、操作灵活简便、演示准确可靠和说服力强的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪。
本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，它是通过销轴与演示架板铰接的设置有软磁性材质的杠杆的左端通过活动连接装置与弧形双面槽轨的中部连接，且保证弧形双面槽轨所在的平面与杠杆垂直，与杠杆的下方相对应且在演示架板上水平设置有滑槽，在滑槽内自由滑移的磁铁或电磁铁通过杠杆的软磁性材质将杠杆的右侧吸住，支架上设置有与弧形双面槽轨相对应的引桥槽轨。
将本实用新型的弧形双面槽轨可以通过活动连接装置使其圆弧内侧朝上，形成凹桥，也可以使其圆弧内侧朝下，形成凸桥。本实用新型的基本原理是把钢质小球对凸凹桥压力变化的这种看不见现象，用看得见的杠杆平衡的变化来表达出来，它是这样工作的：
1.演示凹桥：通过活动连接装置把弧形双面槽轨调节成圆弧内侧朝上，以形成凹桥。
(1)小球静止与运动时相比较
将钢质小球静止地置于凹桥底部，一只手托住弧形双面槽轨，另一只手沿滑槽左右移动磁铁或电磁铁的位置，使：以杠杆与演示架板的铰接点为转轴，钢质小球、弧形槽轨和销轴左侧的杠杆所产生逆时针力矩的总和恰好等于磁铁或电磁铁对杠杆吸引力和销轴右侧的杠杆所产生顺时针力矩的总和。然后，将磁铁或电磁铁的位置略往右移一点位置，以保证钢质小球静止于凹桥底时，决不会压下弧形双面槽轨。随即，将钢质小球从凹桥较高处无初速释放，当小球运动到凹桥底部时，定将凹桥压下，杠杆右臂挣脱磁铁或电磁铁的吸引而向上翘起，这就可以向学生清楚地表明：运动物体通过凹桥底部时对凹桥的压力大于静止时的压力。
(2)小球具有不同速度时相比较
将磁铁或电磁铁在上述位置的基础上再往右移动一段较大距离，将钢质小球从凹桥大约半高处无初速释放，钢质小球将以较低的速度通过凹桥底部时，不至于将凹桥压下。再将钢质小球从凹桥最高处无初速释放，钢质小球将以较高的速度通过凹桥底部，同时定将凹桥压下，杠杆右臂挣脱磁铁或电磁铁的吸引而向上翘起，这就可以向学生清楚地表明：运动物体以不同速度通过凹桥底部时，速度越大，物体对凹桥的压力越大。反之亦然。
2.演示凸桥：通过活动连接装置把弧形双面槽轨调节成圆弧内侧朝下，也即把上述处于凹桥状态的弧形双面槽轨翻转180度，以形成凸桥。调整支架，使引桥槽轨与凸桥的槽轨相对应。
(1)小球静止与运动时相比较
让钢质小球静放于凸桥的顶端，为了防止钢质小球在凸桥顶端的滚动，可以在钢质小球底下垫上塑料泡沫片。一只手托住弧形双面槽轨，另一只手沿滑槽左右移动磁铁或电磁铁的位置，使：以杠杆与演示架板的铰接点为转轴，钢质小球、弧形槽轨和销轴左侧的杠杆所产生逆时针力矩的总和恰好等于磁铁或电磁铁对杠杆吸引力和销轴右侧的杠杆所产生顺时针力矩的总和。然后，将磁铁或电磁铁的位置略往左移一点，以保证钢质小球静止于凸桥顶端时，定会压下弧形双面槽轨，即压下凸桥，杠杆右端上翘。随即，取下钢质小球及塑料泡沫片，将钢质小球从引桥槽轨较高处无初速释放，使钢质小球以一定的速度进入凸桥，钢质小球必将安然地通过凸桥而绝不会把凸桥压下。这就可以清楚地向学生表明：运动物体通过凸体顶端时对凸桥的压力小于静止时对凸桥的压力。
(2)小球具有不同速度时相比较
将磁铁或电磁铁在上述位置的基础上再往左移动一段较大距离，此时，意味着静放于凸桥顶端的钢质小球更容易压下凸桥。把钢质小球从引桥槽轨的较低处无初速释放，此时，钢质小球以较低的速度经过凸桥顶端，定将压下凸桥。然后再将钢质小球从引桥槽轨的高处无初速释放，钢质小球以较高的速度经过凸桥顶端，而不会压下凸桥，这便向学生清楚地表明，物体以不同速度通过凸桥顶端时，速度越小，物体对凸桥的压力越大；反之亦然。
在本实用新型中，弧形双面槽轨所在的平面与杠杆垂直是本实用新型的关键之一，只有这样，钢质小球对弧形双面槽轨上各处压力的水平分量相对于杠杆转轴的力矩为零，不产生转动效果，产生转动效果的只是钢质小球对弧形双面槽轨压力的竖直分量，而这些压力的竖直分量相对于转轴的力臂是相等的，所以，压力力矩大小的改变就只取决于压力竖直分量的大小的改变。在凸桥顶端和凹桥底部，压力的竖直分量将达到极值，并等于此时钢质小球对凸桥或凹桥压力的大小。于是，就可以通过调整磁铁或电磁铁位置来使钢质小球仅在通过凸桥顶端或凹桥底部时，才使杠杆平衡发生变化而产生动作。反过来，可以利用杠杆平衡的变化来反映出钢质小球在通过凸桥顶端和凹桥底部时，对桥压力大小的变化。本实用新型成功的另一个关键是采用磁铁或电磁铁通过杠杆上的软磁性材质对杠杆的吸引来平衡杠杆，一旦杠杆挣脱磁铁或电磁铁的吸引，磁铁或电磁铁对杠杆的吸引力迅速减小，使杠杆迅速上翘，以产生一个鲜明、准确的信号，显著地提高演示效果。本实用新型中所采用的软磁性材质可以是软铁皮，它设置于杠杆的底部。
本实用新型还可以演示当钢质小球以越来越大的速度进入凸桥时，将会发生斜下抛、平抛、斜上抛等物理现象。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有结构简单、操作灵活简便、准确可靠、演示效果显著和说服力强等优点，它不仅可以演示物体对凸凹桥底部或顶部压力变化的效果，还可以演示物体通过凸桥速度越来越大时所发生的物理现象。
(四)、附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的俯视图；
图4为现有教参中所介绍的凸凹桥实验仪。
图中：1.销轴；2.演示架板；3.杠杆；4.弧形双面槽轨；5.滑槽；6.磁铁或电磁铁；7.支架；8.引桥槽轨；9.插杆；10.销孔；11.孔洞；12.销孔；13.活动销；14.限位钉；15.合页；16.伸缩杆；17.滑槽孔；18.套杆；19.螺栓；20.紧固螺母；21.电池；22.蜂鸣器；23.金属片；24.金属件；25.标尺；26.标尺；27.标尺。
(五)、具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
如图1、2、3所示，本实用新型是通过销轴1与演示架板2铰接的设置有软磁性材质的杠杆3的左端通过活动连接装置与弧形双面槽轨4的中部连接，且保证弧形双面槽轨4所在的平面与杠杆3垂直，与杠杆3的下方相对应且在演示架板2上水平设置有滑槽5，在滑槽5内自由滑移的磁铁或电磁铁6通过杠杆3的软磁性材质将杠杆3的右侧吸住，支架7上设置有与弧形双面槽4轨相对应的引桥槽轨8。
如图1、2所示，活动连接装置是一端与弧形双面槽轨4固连的插杆9上设置有销孔10，杠杆3的左端沿轴向设置有与插杆9相配合的孔洞11，杠杆3的左侧径向上设置与插杆9上的销孔10相对应的销孔12，插进杠杆3的孔洞11内的插杆9通过活动销13、插杆上的销孔10、杠杆3上的销孔12彼此定位。
如图1、2、3所示，为了使杠杆右端上翘时，不要翘得过高，演示架板2上位于杠杆3右侧的上方固有限位钉14。
如图2、3所示，为了便于一起携带整个本实用新型，固定引桥槽轨8的支架7通过合页15与演示架板2铰接。
如图3所示，为了便于固定支架7，支架7的后端通过伸缩式定位装置与演示架板2连接。所述的伸缩式定位装置可以是由伸缩杆16、带滑槽孔17的套杆18、螺栓19和紧固螺母20构成，一端与支架7后端铰接的伸缩杆16的另一端活动地插入套杆18内，且其端部固有的螺栓19位于滑槽孔17内，螺栓19上配有紧固螺母20，套杆18的另一端与演示架板2铰接。
如图1所示，为了更清楚更显著地向学生演示本实验，演示架板2底部设置有电池21、蜂鸣器22，通过导线彼此串接的电池21和蜂鸣器22的两根引出导线，一根从杠杆3内部穿过，接到设置在杠杆3右端的金属片23上，另一根连接到设置在限位钉14上金属件24上。当杠杆右端上翘后，与限位钉相碰时，金属片23与金属件24相接触，电路接通，蜂鸣器发声，这不仅让观察者看得到，还可以听得到，以得到鲜明、准确的信号，显著地增强演示效果。
如图1所示，为了进一步清楚地表明磁铁或电磁铁所处的位置，滑槽5的外侧设置有标尺25。
如图2所示，为了清楚地表明钢质小球开始下落的位置，引桥槽轨8的侧面设置有标尺26。为了看清钢质小球在弧形双面槽轨4中的位置，弧形双面槽轨4外侧面设置有标尺27。
Claims (10)
1.一种磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：通过销轴(1)与演示架板(2)铰接的设置有软磁性材质的杠杆(3)的左端通过活动连接装置与弧形双面槽轨(4)的中部连接，且保证弧形双面槽轨(4)所在的平面与杠杆(3)垂直，与杠杆(3)的下方相对应且在演示架板(2)上水平设置有滑槽(5)，在滑槽(5)内自由滑移的磁铁或电磁铁(6)通过杠杆(3)的软磁性材质将杠杆(3)的右侧吸住，支架(7)上设置有与弧形双面槽(4)轨相对应的引桥槽轨(8)。
2.如权利要求1所述的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：活动连接装置是一端与弧形双面槽轨(4)固连的插杆(9)上设置有销孔(10)，杠杆(3)的左端沿轴向设置有与插杆(9)相配合的孔洞(11)，杠杆(3)的左侧径向上设置与插杆(9)上的销孔(10)相对应的销孔(12)，插进杠杆(3)的孔洞(11)内的插杆(9)通过活动销(13)、插杆上的销孔(10)、杠杆(3)上的销孔(12)彼此定位。
3.如权利要求1所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：演示架板(2)上位于杠杆(3)右侧的上方固有限位钉(14)。
4.如权利要求1、2或3所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：固定引桥槽轨(8)的支架(7)通过合页(15)与演示架板(2)铰接。
5.如权利要求4所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：支架(7)的后端通过伸缩式定位装置与演示架板(2)连接。
6.如权利要求5所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：伸缩式定位装置是由伸缩杆(16)、带滑槽孔(17)的套杆(18)、螺栓(19)和紧固螺母(20)构成，一端与支架(7)后端铰接的伸缩杆(16)的另一端活动地插入套杆(18)内，且其端部固有的螺栓(19)位于滑槽孔(17)内，螺栓(19)上配有紧固螺母(20)，套杆(18)的另一端与演示架板(2)铰接。
7.如权利要求4所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：演示架板(2)底部设置有电池(21)、蜂鸣器(22)，通过导线彼此串接的电池(21)和蜂鸣器(22)的两根引出导线，一根从杠杆(3)内部穿过，接到设置在杠杆(3)右端的金属片(23)上，另一根连接到设置在限位钉(14)上金属件(24)上。
8.如权利要求4所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：滑槽(5)的外侧设置有标尺(25)。
9.如权利要求4所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：引桥槽轨(8)的侧面设置有标尺(26)。
10.如权利要求4所述的的磁吸杠杆式凸凹桥实验仪，其特征在于：弧形双面槽轨(4)外侧面设置有标尺(27)。
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| CN 03233633 CN2609091Y (zh) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 磁吸杠杆式凸凹桥实验仪 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1331103C (zh) * | 2005-04-07 | 2007-08-08 | 武汉理工大学 | 拱桥桥梁实验台 |
-
2003
- 2003-03-19 CN CN 03233633 patent/CN2609091Y/zh not_active Expired - Fee Related
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