专利名称：抛体运动演示仪及演示方法
技术领域：
本发明涉及一种中学课堂教学过程中的实验演示仪器，特别是涉及中学物理关于抛体运动规律的演示仪器。
背景技术：
高中物理进行平抛运动规律和特点教学时，原有的配套教材实验仪器，作为演示实验，可视效果差，作为学生实验，一种《平抛运动演示仪》是采用多次抛出小球以连接轨迹点的方法，操作麻烦，必须一次次的反复让小球从斜槽上滚下来，打下的痕迹用曲线连起来，学生无法直观地观察到形象曲线，而且误差较大。平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动，这一点原有的仪器很难体现出来。在二十届英特大赛上《磁性小球平抛仪》，解决了形像、直观问题，但是小球与板间有摩擦阻力，定量关系误差大，且作为学生实验时，调整困难。教材中斜抛运动还没有实验仪器来演示水平位移跟初速度和下落高度的关系、斜抛运动时射程跟抛射角的关系。更没有一种实验演示教具可同时演示这两个试验的。
发明内容
为了解决现有技术的不足，最好的办法就是改进实验仪器，使抛体运动形象直观的反应出来，让学生能亲自通过实验观察和分析解决课程中的命题，而且力求简化，设计一种能同时演示平抛运动规律和斜抛运动规律的《抛体运动演示仪》是本发明的目的所在。本发明的技术方案首先采用水流来代替原来的小球作为运动物体，按设计条件控制抛出连续水流的方法，既形像又直观的看到抛体曲线，加深理解抛休运动的规律。本发明是通过如下的技术措施具体实现的，一种利用喷射水流来实现的抛体运动演示仪，其特征在于它包括支架1、水箱2、开关3、出水管4、角度刻度线5、喷头6、角度调节器7、垂直距离刻度线8、面板9、接水槽10、水平仪11、底板12、底板水平调节螺钉13、排水管14、水平距离刻度线15组成。其中支架1是金属框架结构，两边下端固定在面板9的背面；水箱2系一长方体水槽，它左右两边各有一个耳座，套在支架两边的立柱上并搁放在面板9的上面，水槽水平截面积大一点，以保证一段时间内水位下降不计，从而不影响水流喷出的初速度。开关3采用开即通、关即断的快速反应的球阀，安装在出水管4上，也可用钢丝夹套在出水管上替代，用来控制出水。出水管4采用乳胶管，上接水箱2，下接喷头6。喷头6采用医用的大号针筒针头，利用针头的小孔喷咀喷出的细长水流演示抛物体。角度调节器7是一件金属结构的夹持器，夹紧喷头6在面板9左上角的90度弧形槽内转动并调节角度，角度可调节范围为0°-90°。面板9用35×30厘米有机玻璃或木板制成，垂直固定在底板12的中心线上，面板9的正面有明显的纵横刻度显示。接水槽10是一个25×4×3厘米的容器，安装在面板9前面的底板12上，用来承接喷头6喷下的水流，聚集后，经右侧底部的泄水孔接上排水管14排出。水平仪11采用市售的水泡水平仪粘在底板上，以保持演示仪的水平状态。底板12用35×8×1厘米铁板做成，为了增加演示仪的平稳度，底板质量大一些。底板水平调节螺钉13安装在底板12下面，左、右各一，用可调节螺钉做成。排水管14用乳胶管做。水平距离刻度线15，纵横间距1cm。角度刻度线5，在面板7的左上角90度弧形槽和0点之间设几个0°-90°的特殊点并标明度数。一种对上述抛体运动演示仪的演示方法，其特征在于它分平抛运动和斜抛运动两步进行演示a.演示平抛运动先调整底板水平调节螺钉13，显示水平仪11的水平基准使演示仪底板12保持水平，在水箱2中注入适量的水，可以带点颜色在白水色的面板衬托下可以增加可视效果。调节角度调节器7使喷头6成水平，打开开关3，经出水管4和喷头6以一定初速度喷出的一股细水流很直观的呈现一条平抛曲线，由于水流较细，水箱2水平截面较大，在一小段时间内可以认为平抛初速度不变。观察坐标刻度，找出下落高度和水平位移，通过计算，即可得到初速度的大小。在竖直方向找出相等时间内的位移满足1∶3∶5的关系，再在水平方向找出相应的位移，可以发现满足1∶1∶1的关系，说明水平方向的运动为匀速运动。
继续在水箱2下面垫上不同厚度的垫块来提升水箱2的高度以增加水流的压力，即改变了平抛运动的初速度，重复上述实验。
b.演示斜抛运动在圆弧槽内移动角度调节器7，调节喷头6与水平夹角，喷头6的出水口保持在同一高度，观察水平射程随抛射角的变化而变化，可以清楚观察到抛射角45度时水平射程最大。
同时改变水箱2高度，即改变了斜抛运动初速度，重复上述实验，可以观察到水平射程和射高跟初速度关系。
本发明抛体运动演示仪的优点在于作为平抛运动和斜抛运动的多用途演示教具，能比较形象、直观且正确说明平抛和斜抛运动的规律，充分说明了、也验证了抛射角与水平射程、射高的关系；初速度与水平射程、射高的关系。实验效果显著，可以作为学生实验推广使用。本发明还有结构简单、操作方便、可视性强等优点。
图1.本发明抛体运动演示仪的结构示意图(主视图)。
图2.本发明抛体运动演示仪的结构示意图(俯视图)。
附图中各图例标记分别表示如下的意思1.支架；2.水箱；3.开关；4.出水管；5.角度刻度线；6.喷头；7.角度调节器；8.垂直距离刻度线；9.面板；10.接水槽；11.水平仪；12.底板；13.底板水平调节螺钉；14.排水管；15.水平距离刻度线。
具体实施例方式
结合实施例和图1、图2的结构对本发明作进一步的叙述本实施例是一件教师课堂演示教具，因取材容易，制作简单，操作方便，也可作为学生的课程实验。具体制作步骤如下1.支架 用3毫米金属丝作成门形框架固定在面板上。
2.水箱 用现成的塑料方盒，两边粘一耳座，耳座中孔套在支架两边立柱上，水平截面大一点，以保证一段时间内水位下降而影响的水流压力差忽略不计，从而不影响水流喷出的初速度。
3.开关 用钢丝夹代替，套在出水管上，用来控制出水。
4.出水管 用乳胶管，上接水箱，下接喷头。
5.喷头 用医用的大号针头。
6.角度调节器 由元宝螺母和螺杆夹住喷头，使喷头可以在面板上转动角度，角度可调节范围为0度-90度。
7.面板 用35×30厘米有机玻璃做，垂直粘接固定在底板中线上，在面板上纵横刻上刻度，(1cm×1cm)。
8.接水槽 用25×4×3厘米有机玻璃做成，置在面板前的底板上，接喷头喷下的水流，水槽右侧底部开有泄水孔接上排水管。
9.水平仪 用市售的水泡水平仪粘在底板上。
10.底板 用35×8×1厘米铁板做成，为了增加稳度，底板质量大一些。
11.底板水平调节螺钉，在底板下面的三只底脚螺钉，其中前面左、右两只用可调节螺钉做成，用其调节底板前后左右的水平。
12.排水管 用乳胶管做，连接接水槽的泄水孔。
按附图所示结构完成上述各另件的安装后，即可按如下的方法、步骤进行实验演示(a)演示平抛运动，先调整底板水平，在水箱里注入适量的水，可以带点颜色在白色的面板衬托下可以增加可视效果。喷头调成水平，水箱升到需要的高度。打开开关，水就以一定初速度喷出，形成一股细水流很直观的呈现一条平抛曲线，由于水流较细，水箱水平截面较大，在一小段时间内可以认为平抛初速度不变。观察坐标刻度，找出下落高度和水平位移，通过计算，即可得到初速度的大小。在竖直方向找出相等时间内的位移满足1∶3∶5的关系，再在水平方向找出相应的位移，可以发现满足1∶1∶1的关系，说明水平方向的运动为匀速运动。
继续在水箱下面垫上不同厚度的垫块来提高水箱高度，即改变了平抛初速度，重复上述实验。
(b)演示斜抛运动 调节喷头与水平夹角，同时使喷头出水口在同一高度，观察水平射程随抛射角的变化而变化，可以清楚观察到抛射角45度时最大。
接下来再改变水箱高度(垫高水箱)，即改变了斜抛初速度，重复上述实验，可以观察到水平射程和射高跟初速度关系。
权利要求
1.一种利用喷射水流来实现的抛体运动演示仪，其特征在于它包括支架[1]、水箱[2]、开关[3]、出水管[4]、角度刻度线[5]、喷头[6]、角度调节器[7]、垂直距离刻度线[8]、面板[9]、接水槽[10]、水平仪[11]、底板[12]、底板水平调节螺钉[13]、排水管[14]、水平距离刻度线[15]组成，其中支架[1]是金属框架结构，两边下端固定在面板[9]的背面；水箱[2]系一长方体水槽，它左右两边各有一个耳座，套在支架两边的立柱上并搁放在面板[9]的上面；开关[3]采用开即通、关即断的快速反应的球阀，安装在出水管[4]上；出水管[4]采用乳胶管，接水箱[2]和喷头[6]；喷头[6]采用医用的大号针头；角度调节器[7]是一件金属结构的夹持器，夹紧喷头[6]在面板[9]左上角的90度弧形槽内调节角度；面板[9]用35×30厘米有机玻璃或木板制成，垂直固定在底板[12]的中心线上，面板[9]的正面有明显的纵横刻度显示；接水槽[10]是一个25×4×3厘米的容器，安装在面板[9]前面的底板[12]上，接水槽[10]右侧底部的泄水孔接上排水管[14]；水平仪[11]采用市售的水泡水平仪粘在底板[12]上，底板[12]用35×8×1厘米铁板做成，底板水平调节螺钉[13]安装在底板[12]下面，左、右各一，用可调节螺钉做成；排水管[14]用乳胶管做。
2.根据权利要求1所述的抛体运动演示仪，其特征在于所述的角度调节器[7]夹紧喷头[6]在面板[9]左上角的90度弧形槽内转动并调节角度，角度可调节范围为0°-90°。
3.一种对权利要求1所述抛体运动演示仪的演示方法，其特征在于它分平抛运动和斜抛运动两步进行演示a.演示平抛运动先调整底板水平调节螺钉[13]，显示水平仪[11]的水平基准并使底板[12]保持水平；在水箱[2]中注入适量带点颜色的水；调节角度调节器[7]使喷头[6]成水平，打开开关[3]，经出水管[4]和喷头[6]以一定初速度喷出的一股细水流很直观的呈现一条平抛曲线，由于水流较细，水箱[2]水平截面较大，在一小段时间内可以认为平抛初速度不变，观察坐标刻度，找出下落高度和水平位移，通过计算，即可得到初速度的大小；在竖直方向找出相等时间内的位移满足1∶3∶5的关系，再在水平方向找出相应的位移，可以发现满足1∶1∶1的关系，说明水平方向的运动为匀速运动；继续在水箱[2]下面垫上不同厚度的垫块来提升水箱[2]的高度以增加水流的压力，即改变了平抛运动的初速度，重复上述实验；b.演示斜抛运动在圆弧槽内移动角度调节器[7]，调节喷头[6]与水平夹角，喷头[61的出水口保持在同一高度，观察水平射程随抛射角的变化而变化，可以清楚观察到抛射角45度时水平射程最大，同时改变水箱[2]高度，即改变了斜抛运动初速度，重复上述实验，可以观察到水平射程和射高跟初速度关系。
全文摘要
本发明涉及一种中学物理关于抛体运动规律的演示仪器。原来是采用多次抛出小球以连接轨迹点的方法，操作麻烦，学生无法直观地观察到形象曲线，而且误差较大，更没有一种可同时演示平抛运动和斜抛运动这两个实验的。设计一种多用途抛体运动演示仪是本发明的目的所在。本发明的技术方案采用水流来作为运动物体，一种抛体运动演示仪，其特征在于它主要包括支架、水箱、开关、出水管、喷头、角度调节器、面板、接水槽、水平仪、底板、底板水平调节螺钉、排水管组成。通过演示能比较形象、直观且正确说明平抛和斜抛运动的规律。实验效果显著，可以作为学生课程实验推广使用。本发明还有结构简单、操作方便、可视性强等优点。
文档编号G09B23/08GK1776770SQ200510111108
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年12月2日
发明者陆林元, 姚成兴 申请人:上海市嘉定区第二中学