專利名稱：多功能力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是高中物理教學(xué)中使用的多功能力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。
在高中的物理教學(xué)中，勻加速運(yùn)動規(guī)律、自由落體運(yùn)動規(guī)律、牛頓第二定律、動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵，是對物體的即時速度和加速度的測定。由速度V＝△s／△t、加速度a＝2s／t2知，要測準(zhǔn)a、v就得測準(zhǔn)位移S和時間t。現(xiàn)有的儀器(普通型)在測這兩個量時，往往顧此失彼，最困難的是測時間t和測準(zhǔn)運(yùn)動位移S，即準(zhǔn)確計時的問題。現(xiàn)在中學(xué)中最廣泛使用的這類儀器是“打點(diǎn)計時器－平板小車”組件，其計時精度為0.02秒(即市用交流電的周期)，由于其結(jié)構(gòu)(如


圖1所示)上無法克服的毛病，即(1)打點(diǎn)瞬間，打點(diǎn)針的壓力將通過復(fù)寫紙對紙帶的運(yùn)動產(chǎn)生很大的縱向阻力；(2)紙帶在與復(fù)寫紙分離時，由于打點(diǎn)處復(fù)寫紙臘紙的粘連作用，將對紙帶產(chǎn)生測向拉力，這一瞬間紙帶將橫向擺動，然后又彈回去；(3)紙帶通過限位框時，由于(1)、(2)所述原因，而運(yùn)動不穩(wěn)定，常出現(xiàn)不規(guī)則擺動和跳動，使打點(diǎn)點(diǎn)跡不準(zhǔn)確，因此，打在紙帶上的點(diǎn)并非排成一條直線，而常是歪歪扭扭，點(diǎn)跡分布不均勻，又由于所記錄的位移不準(zhǔn)確，所計算出的速度、加速度自然就不可靠了。測定速度、加速度而進(jìn)行前述五個實(shí)驗(yàn)的另一常用儀器是“氣墊導(dǎo)軌”，它在消除摩擦力，準(zhǔn)確測量位移、時間－從而準(zhǔn)確測量速度、加速度方面，設(shè)計科學(xué)，性能優(yōu)異，但由于價格昂貴，體大笨重，在工作時，氣泵發(fā)出強(qiáng)大吼聲，嚴(yán)重干擾教學(xué)，致使它問世多年，而至今無法普及推廣。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能克服“打點(diǎn)計時器－平板小車”組件的不足，精度接近“氣墊導(dǎo)軌”，且價格低廉，適用于中學(xué)物理力學(xué)教學(xué)的“多功能力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀”。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為用兩條導(dǎo)軌和小車，在小車上裝有兩個磁體和銜鐵，導(dǎo)軌的A、B、C、D位置上設(shè)有四個微型磁控開關(guān)，在微型磁控開關(guān)上接有電子計時器和開關(guān)，在導(dǎo)軌的起始端設(shè)有帶電池的微型電磁鐵及其開關(guān)。小車上磁體作用于分布在導(dǎo)軌上位置A、B、C、D的微型磁控開關(guān)，使之吸合和斷開，從而控制電子計時器的計時起停，以測定運(yùn)動小車的即時速度和加速度。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是驗(yàn)證動量守恒定律等類實(shí)驗(yàn)的誤差在10％以內(nèi)，驗(yàn)證勻變速運(yùn)動規(guī)律的及牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)誤差在5％以內(nèi)，且體積輕小，取材容易，造價低廉，操作方便，易于推廣。
圖1為“打點(diǎn)計時器－小車”的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為“多功能力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀”的結(jié)構(gòu)示意圖圖3為載磁小車示意圖圖4為驗(yàn)證動量守恒定律開始時兩小車的正確位置實(shí)施例如圖2所示，該實(shí)驗(yàn)儀有兩條導(dǎo)電導(dǎo)軌a1和a2，小車(e)上裝有磁體(M1，M2)(用永磁體和電磁鐵均可)和銜鐵(N)(如圖3所示)，磁體置于小車車架下方前輪的前后沿，銜鐵緊固于小車尾部；導(dǎo)軌的A、B、C、D位置上設(shè)有微型磁控開關(guān)(C1、C2、C3、C4)，在微型磁控開關(guān)上接有電子計時器(b1、b2、b3)和微型單刀雙擲開關(guān)(K1、K2、K3、K4)，電子計時器可用多功能電子表代替，在導(dǎo)軌的起始端設(shè)有帶電池(f)的微型電磁鐵(d)及其雙刀三擲開關(guān)(K5)。當(dāng)測量即時速度時，將開關(guān)K1置于1，K2、K3、K4均置于2，將電子表b2從K2處拆下，插入K4的插孔中，在D處計時，讓小車從O點(diǎn)出發(fā)，依次經(jīng)過A、B、D，當(dāng)小車上磁頭M1掠過微控開關(guān)C1時，C1吸合，使電子表b1的0.01秒按鍵接通，電子表b1開始計時。磁頭M1通過C1的過程中以及通過后，計時并不停止，直至磁頭M2掠過C1時，C1再次吸合，使電子表b1的0.01秒按鍵再次接通，b1的計時立即停止。此過程中所記錄的時間t1，便是磁頭M1、M2到達(dá)C1的時間差，即小車前進(jìn)位移L(M1、M2間的距離)所用的時間。所以，小車通過A點(diǎn)的即時速度可由公式VA＝L／t1求得，同理，可求得VB、VC。從而可以驗(yàn)證勻變速運(yùn)動規(guī)律(V2＝2as)；動量守恒定律(m1v1＝m1v1′＋m2v2′)(如圖4所示，驗(yàn)證動量守恒定律開始時，兩小車的位置)；機(jī)械能守恒定律(mgh＝1／2mv2)。當(dāng)測定勻變速運(yùn)動和自由落體運(yùn)動時，取去小車上的磁頭M2，保留磁頭M1，讓導(dǎo)軌基座傾斜，D端斜向下，則小車在軌導(dǎo)上作勻加速運(yùn)動。由初速為零的勻加速運(yùn)動規(guī)律S＝1／2at2，當(dāng)S1S2S3＝149時，必有t1t2t3＝123。將K1置于1，K2、K3、K4置于2，拆除電子表b2、b3、，保留電子表b1，將K5置于3，電磁鐵通電，小車尾部的銜鐵被電磁鐵吸住，將K5由位置3迅速撥至1，則電磁鐵斷路，吸力消失，小車便從O點(diǎn)(磁頭M1前沿所在位置)由初速為零開始下滑，K5在由位置3至位置1時，中間須經(jīng)過位置2，在經(jīng)過位置2的瞬間，導(dǎo)軌a1、a2被接通，電子表b1的0.01秒按鍵被瞬間接通(相當(dāng)于按第一次)，馬上又?jǐn)嚅_，所以，在小車開始下滑的同時，電子表b1開始計時，當(dāng)小車磁頭M1到達(dá)A時，置于A處的微型磁控開關(guān)C1受M1作用而吸合，使電子表b1的0.01秒按鍵再次接通(相當(dāng)于按第二次)，計時立即停止。由此，十分精確地記錄了小車從O到達(dá)A所經(jīng)歷的時間t1。然后將K1、K2、K4置于2，將K3置于1，測出小車從O點(diǎn)到達(dá)D點(diǎn)的時間t3。由于OAOCOD＝149，則必有t1t2t3＝123。由此，不僅可驗(yàn)證初速為零的勻加速運(yùn)動規(guī)律，而且可研究自由落體運(yùn)動(將導(dǎo)軌豎放即可)，又由于s、t均可精確測量，故可由S＝1／2at2，a＝2s／t2，計算a，從而可驗(yàn)證牛頓第二定律。
權(quán)利要求1.一種采用實(shí)驗(yàn)小車的多功能力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，它包括有導(dǎo)軌和小車，其特征在于導(dǎo)軌為兩條形導(dǎo)軌(a1，a2)，小車(e)上裝有磁體(M1，M2)和銜鐵(N)，導(dǎo)軌的A、B、C、D位置上設(shè)有微型磁控開關(guān)(C1、C2、C3、C4)，在微型磁控開關(guān)上接有電子計時器(b1、b2、b3)，和開關(guān)(K1、K2、K3、K4)，在導(dǎo)軌的起始端設(shè)有帶電池(f)的微型電磁鐵(d)及其開關(guān)(K5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于磁體(M1、M2)置于小車車架下方前輪的前后沿，銜鐵(N)在小車的尾部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于開關(guān)K1、K2、K3、K4為微型單刀雙擲開關(guān)，開關(guān)K5為雙刀三擲開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于電子計時器(b1、b2、b3)可用多功能電子表代替。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于導(dǎo)軌(a1、a2)為導(dǎo)電導(dǎo)軌。
專利摘要本實(shí)用新型是一種中學(xué)物理教學(xué)中使用的多功能力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，采用兩條形導(dǎo)軌(a
文檔編號G09B23/10GK2088719SQ9120311
公開日1991年11月13日 申請日期1991年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月27日
發(fā)明者陳德棠 申請人:陳德棠