CN2660622Y - 无阻碍碰撞实验器 - Google Patents

Abstract

一种无阻碍碰撞实验器，涉及滑槽、两碰撞小球、铅垂和演示平板，演示平板在滑槽前面的下方，铅垂悬吊在滑槽前端，滑槽由斜槽和水平槽构成，两碰撞小球一个为含铁质的橡胶被动球，另一个为钢制主动球，在滑槽水平槽前上方有一用于吸附被动球的电磁铁。由支点、触点和弹性金属片构成行程开关，行程开关弹性金属片的自由端在水平槽的前端，处于主动球即将下落时能触及的位置；在电路中还有一个继电器和按钮开关，继电器线圈和电磁铁线圈并联后的一端经行程开关接电源的一个电极，其另一端经并联的继电器的常开触点和按钮开关后接电源的另一个电极。该实验器用于验证动量守恒定律，省去了原实验器支撑被动小球的支柱，消除了平抛的阻碍因素，减少能量损失，减小了实验误差。

Description

无阻碍碰撞实验器

技术领域：

本实用新型涉及一种无阻碍碰撞实验器，是用于验证动量守恒定律的专业仪器。

背景技术：

原实验方法是：让一个入射钢制小球从斜槽上滚下，到达平槽变为水平运动，用它来碰撞静止的橡胶小球。橡胶球和钢球的直径相同，橡胶球应放在上部有凹窝的支柱上。两球相碰后同时落地，落地时打击下面的复写纸，在复写纸下面白纸上留下痕迹。测量这些痕迹到原点的距离，再测出两个小球的质量，从而验证动量守恒定律。但现有仪器在教学中存在较大的误差：1、为了使被碰橡胶球静止在支柱上，支柱顶端必须做成凹窝，被碰小球被碰后，经过凹窝的边缘被抬高，这样就不是平抛，而是斜上抛；2、钢球离开平槽到达支柱的过程中，将下落一定的高度，这样它又会与支柱相碰，然后越过支柱。所以，碰撞球最后的运动也不是平抛，并且钢球在和支柱相互作用中，消耗了一部分能量。这样原碰撞实验器，由于支柱的存在，误差较大，在10％左右，这导致实验的说服力减弱，使教学出现被动局面。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种无阻碍碰撞实验器，消除原实验仪器中阻碍因素，减少能量损失，减小误差，改变教学中被动局面。

本实用新型的目的是以如下方式实现的：该碰撞实验器的特点是省去了原实验器支撑被动小球的支柱，改用电磁力吸引。它也涉及滑槽、两碰撞小球、铅垂和演示平板，演示平板在滑槽前面的下方，铅垂悬吊在滑槽前端，滑槽由斜槽和水平槽构成，这些与原实验器相同。为了实现对被动小球的电磁力吸引，采取的措施是：两碰撞小球一个为含铁质的被动球，含有铁质是为了被磁性吸引，另一个是作为动能体的主动球；在滑槽水平槽前上方有一电磁铁，被动球在电磁铁通电后吸附在电磁铁的下端；在主动球处于即将离开水平槽下落时的位置时，两碰撞小球的中心在同一直线上，并且电磁铁处于两碰撞小球刚好接触的前后位置；由支点、触点和弹性金属片构成行程开关，支点和触点为开关的两个接点，弹性金属片为开关电连接片，弹性金属片的自由端在水平槽的前端，处于主动球即将下落时能触及的位置；在电路中还有一个继电器、按钮开关，继电器线圈和电磁铁线圈并联后的一端串联行程开关接电源的一个电极；继电器的常开触点和按钮开关并联后，一端接继电器线圈和电磁铁线圈并联后的另一端，另一端接电源的另一个电极。

被动球为含有铁粉的橡胶球或者含有铁棒的橡胶球，加入铁质是为了能被磁性吸引，用橡胶作为主要成分是为了减轻其质量。主动球是与被动球同样大小的钢球，这样它们的体积相同，而质量不同。

与继电器线圈和电磁铁线圈并联后的两端之间并联由限流电阻和发光二极管串联构成的工作指示电路，当电磁铁通电时，发光二极管发出光线指示，证明其正常工作状态。

工作时，在演示平板上放一张白纸，白纸上放复写纸，铅垂悬吊在水平滑槽前端，高度上接近白纸并在白纸长度方向的起始位置处，铅垂的顶尖作为测量碰撞小球水平位移的起始测量点。按动电路的按钮，使继电器线圈和电磁铁线圈得电工作，这时候继电器的常开触点被吸合，松开按钮开关后继电器线圈和电磁铁线圈经过继电器的常开触点供电继续工作，将被动小球放在电磁铁铁芯的底部，被动小球被吸引在那里。演示时，将主动小球放在滑槽斜槽的顶端，当释放该主动小球后，它沿斜槽滑下，进入滑槽的水平槽，改变运动方向沿水平槽移动，当它移动到水平槽的最前端时，用很小的力触动行程开关的弹性金属片，使行程开关动作，这时继电器和电磁铁都失电，继电器常开触点断开，电磁铁失去对被动小球的吸引力，在被动小球准备下落时，主动小球正好与它碰撞，两个小球做水平运动和竖直运动的复合运动，当它们落到演示平板上时，打击复写纸，在白纸上留下痕迹作为实验测量的位置。在主动小球触及行程开关的弹性金属片后，主动小球前移，弹性金属片在重力作用下回位，使行程开关闭合，由于继电器常开触点没有闭合，电磁铁和继电器就不会得电，使电磁铁没有电磁吸引力，那样在主动小球经过电磁铁下方时，就不会被吸引而产生误差。等需要下次实验时，按动按钮开关即可。

本碰撞实验器经实验，误差在5％以内，能够较准确地描述动能守恒定律。

附图说明：

附图是本实用新型无阻碍碰撞实验器的结构示意图。

具体实施方式：

参照附图，它涉及滑槽、两碰撞小球5和6、铅垂3和演示平板4，滑槽由斜槽1和水平槽2构成。演示平板4在滑槽前面的下方，在演示平板4上可以放上白纸和复写纸，铅垂3悬吊在滑槽前端，铅垂3的上下位置靠近演示平板4。两碰撞小球5、6一个为被动球6，可为内有一铁棒的橡胶球；另一个为钢制主动球5。两碰撞小球5、6直径相同，质量不同。在滑槽水平槽2前上方有一电磁铁J1，被动球6在电磁铁J1通电后吸附在电磁铁铁芯的下端。电磁铁J1芯的中心与水平槽2前端的水平距离为一个小球的直径，电磁铁J1铁芯的底部相对于水平槽2的高度也是一个小球的直径。由支点P1、触点P2和弹性金属片K1构成行程开关，支点P1和触点P2为开关的两个接点，弹性金属片K1连接在支点P1上，为该行程开关电连接片，弹性金属片K1的自由端处在水平槽2的前端，距离水平槽2的高度略小于一个小球的直径。在电路中还有一个继电器J2、按钮开关K2，继电器线圈和电磁铁线圈并联后的一端接行程开关的支点P1，行程开关的触点P2接电源的负极；继电器的常开触点J2k和按钮开关K2并联后，一端接继电器线圈和电磁铁线圈并联后的另一端，另一端接电源的正极。由限流电阻R和发光二极管LED串联构成的工作指示电路并联在继电器线圈和电磁铁线圈两端之间，并在两线圈两端之间还接有保护二极管D，用于释放线圈反向感应电流。

Claims (5)

1、一种无阻碍碰撞实验器，涉及滑槽、两碰撞小球、铅垂和演示平板，演示平板在滑槽前面的下方，铅垂悬吊在滑槽前端，滑槽由斜槽和水平槽构成，其特征在于：两碰撞小球(5、6)一个为含铁质的被动球(6)，另一个为主动球(5)，在滑槽水平槽(2)前上方有一电磁铁(J1)，被动球(6)在电磁铁(J1)通电后吸附在电磁铁(J1)的下端；在主动球(5)即将离开水平槽(2)下落时的位置时，两碰撞小球(5、6)的中心在同一直线上，并且电磁铁(J1)处于两碰撞小球(5、6)刚好接触的前后位置；由支点(P1)、触点(P2)和弹性金属片(K1)构成行程开关，支点(P1)和触点(P2)为开关的两个接点，弹性金属片(K1)为开关电连接片，弹性金属片(K1)的自由端在水平槽(2)的前端，处于主动球(5)即将下落时能触及的位置；在电路中还有一个继电器(J2)、按钮开关(K2)，继电器线圈和电磁铁线圈并联后的一端串联行程开关接电源的一个电极；继电器的常开触点(J2k)和按钮开关(K2)并联后，一端接继电器线圈和电磁铁线圈并联后的另一端，另一端接电源的另一个电极。

2、根据权利要求1所述的无阻碍碰撞实验器，其特征在于：被动球(6)为含有铁粉的橡胶球。

3、根据权利要求1所述的无阻碍碰撞实验器，其特征在于：被动球(6)为内部含有铁棒的橡胶球。

4、根据权利要求1所述的无阻碍碰撞实验器，其特征在于：主动球(5)是与被动球(6)同样大小的钢球。

5、根据权利要求1所述的无阻碍碰撞实验器，其特征在于：与继电器线圈和电磁铁线圈并联后的两端之间并联由限流电阻(R)和发光二极管(LED)串联构成的工作指示电路。

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