牛顿第二定律教学演示仪的制作方法

本实用新型涉及教学设备领域，尤其是一种牛顿第二定律教学演示仪。

背景技术：

在中学物理传统验证牛顿第二定律过程中，教师在演示和学生作分组实验内容时，常采用J2187型牛顿第二定律演示仪作为仪器装置。该仪器主要靠采用同时启动和停止开关控制上、下双层轨道小车加载不同质量的砝码作为运动物体，并分别用两根拉线通过定滑轮，经吊桶载重不同质量的沙子作为两小车的拉力，其两小车的位移是通过设置在上下导轨上刻度尺测量小车在导轨上的位移量，由此探究加速度与力、质量的关系。在教师进行教学演示和学生实验操作时，该实验装置尚存在调节导轨上两小车与拉线、定滑轮之间的滑动摩擦力的平衡校准操作难度较大，不能快速精准地调节确定两吊桶的质量，对比观察物体质量(m1、m2)(两小车+相应承载的砝码质量)运动停止后的位移(S1、S2)时，学生理解不直观等突出缺陷问题。由此，对实验现象的观察不方便，导致实验效果欠佳。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种方便观察实验且实验效果较好的牛顿第二定律教学演示仪。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：该牛顿第二定律教学演示仪，包括底座、第一导轨、第二导轨、第一拉绳、第二拉绳，所述底座上设置有左支架与右支架，所述第一导轨的左端固定在左支架上，第一导轨的右端固定在右支架上，所述第二导轨的左端固定在左支架上，第二导轨的右端固定在右支架上，所述第一导轨与第二导轨互相平行且水平设置，所述第一导轨、第二导轨均为中空的腔体结构，所述第一导轨的一侧表面和第二导轨的一侧表面均设置有刻度标尺；

所述第一导轨的下表面沿其长度方向设置有第一滑槽，所述第一滑槽的宽度小于第一导轨的内部空腔的宽度，所述第一滑槽底部与第一导轨的内部空腔连通，所述第一导轨的空腔内设置有第一滑块，所述第一滑块的下表面设置有两个第一滚轮，所述两个第一滚轮分别位于第一滑槽的两侧，所述第一滑块的中心位置连接有第一挂绳，所述第一挂绳的末端穿过第一滑槽，所述第一挂绳的末端连接有用于吊挂砝码的第一挂钩，所述第一导轨的右端设置有第一定滑轮，所述第一定滑轮位于第一导轨的下方，所述左支架上设置有拉绳固定器，所述第一拉绳的中部与第一挂绳固定在一起，第一拉绳的左端沿第一导轨的空腔向左延伸且穿过拉绳固定器，第一拉绳的右端沿第一导轨的空腔向右延伸且绕过第一定滑轮，第一拉绳的右端固定有用于吊挂砝码的第二挂钩；

所述第二导轨的下表面沿其长度方向设置有第二滑槽，所述第二滑槽的宽度小于第二导轨的内部空腔的宽度，所述第二滑槽底部与第二导轨的内部空腔连通，所述第二导轨的空腔内设置有第二滑块，所述第二滑块的下表面设置有两个第二滚轮，所述两个第二滚轮分别位于第二滑槽的两侧，所述第二滑块的中心位置连接有第二挂绳，所述第二挂绳的末端穿过第二滑槽，所述第二挂绳的末端连接有用于吊挂砝码的第三挂钩，所述第二导轨的右端设置有第二定滑轮，所述第二定滑轮位于第二导轨的下方，所述第二拉绳的中部与第二挂绳固定在一起，第二拉绳的左端沿第二导轨的的空腔向左延伸且穿过拉绳固定器，第二拉绳的右端沿第二导轨的空腔向右延伸且绕过第二定滑轮，第二拉绳的右端固定有用于吊挂砝码的第四挂钩。

进一步的是，所述第一导轨位于第二导轨上方。

进一步的是，所述第一滑块的下表面连接有第一红色标记箭头，所述第一红色标记箭头位于第一导轨设置有刻度标尺的一侧，所述第一红色标记箭头通过第一L形板与第一滑块的下表面固定在一起；所述第二滑块的下表面连接有第二红色标记箭头，所述第二红色标记箭头位于第二导轨设置有刻度标尺的一侧，所述第二红色标记箭头通过第二L形板与第二滑块的下表面固定在一起。

进一步的是，所述第一导轨或第二导轨的上表面设置有水平仪。

进一步的是，所述底座的左端或右端设置有用于调节底座倾斜度的调节螺母。

进一步的是，所述第一滚轮、第二滚轮均为滚珠轴承。

进一步的是，所述拉绳固定器包括支撑板、第一插杆、第二插杆、第一固定板、第二固定板、第一活动板、第二活动板、第一卡板、第二卡板、第一弹簧、第二弹簧，所述支撑板上设置有第一插孔与第二插孔，所述第一插杆的下端插入第一插孔内，第二插杆的下端插入第二插孔内，第一插杆的上端与第二插杆的上端通过连接杆连接成一体；

所述支撑板、第一固定板、第二固定板均固定在左支架上，所述第一活动板套设在第一插杆上，在外力作用下，第一活动板沿第一插杆来回滑动，所述第一固定板上设置有与第一插杆的外径相匹配的通孔，所述第一插杆的末端穿过第一固定板上设置的通孔且在外力作用下，第一插杆在第一固定板上设置的通孔内来回滑动，所述第一卡板固定在第一插杆的中部，且第一活动板位于第一卡板与第一固定板之间，所述第一弹簧套设在第一插杆上且第一弹簧位于第一活动板与第一固定板之间，所述第二活动板套设在第二插杆上，在外力作用下，第二活动板沿第二插杆来回滑动，所述第二固定板上设置有与第二插杆的外径相匹配的通孔，所述第二插杆的末端穿过第二固定板上设置的通孔且在外力作用下，第二插杆在第二固定板上设置的通孔内来回滑动，所述第二卡板固定在第一插杆的中部，且第二活动板位于第一卡板与第一固定板之间，所述第二弹簧套设在第二插杆上且第二弹簧位于第一卡板与第一活动板之间，当第一弹簧、第二弹簧均处于未压缩状态时，第一卡板位于第一导轨的上方，第二活动板位于第二导轨的上方，当推动连接杆使第一弹簧、第二弹簧均处于压缩状态时，第一卡板的边缘靠近第一导轨的边缘并将第一拉绳卡住，同时第二活动板的边缘靠近第二导轨的边缘并将第二拉绳卡住。

进一步的是，所述第一插杆的末端、第二插杆的末端均设置有限位块。

本实用新型的有益效果是：该牛顿第二定律教学演示仪在使用时，只需在第一挂钩、第二挂钩、第三挂钩、第四挂钩按照实验要求悬挂上砝码，然后通过打开拉绳控制器，使第一拉绳和第二拉绳的左端不受力，第一拉绳在第二挂钩上悬挂的砝码的重力作用下向右移动，同时带动第一滑块、第一挂钩上悬挂的砝码移动，第二拉绳在第四挂钩上悬挂的砝码的重力作用下向右移动，同时带动第二滑块、第三挂钩上悬挂的砝码移动，当移动一段距离后，关闭拉绳控制器，将第一拉绳和第二拉绳同时固定住，此时，拉绳不再移动，记录下各个挂钩悬挂的砝码质量以及滑块的移动距离，在时间相同的情况下，位移和加速度成正比，只要比较两个滑块的位移，就可以比较它们的加速度，采用此法进行实验探究，既可避免复杂的计算，又可省去许多演示实验的时间，同时还能定性与定量相结合进行直观地牛顿第二定律的验证演示实验，提高学生对较为抽象的加速度与质量、加速度与力、加速度与研究物体位移之间的关系等知识概念的理解，具有形象化、直观性强的显著特点，另外，本仪器操作安全简便，既可以用着教师课堂演示，又可以供学生分组实验使用，对于提高中学物理教学质量起到了有益的作用，再者，由于采用轨道、滑块、滚轮结合的设计，避免了传统小车易脱轨、变量改变不直观、操作不便等弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所述牛顿第二定律教学演示仪的结构示意图；

图2是本实用新型所述第一导轨的截面示意图；

图3是本实用新型所述第二导轨的截面示意图；

图4是本实用新型所述拉绳固定器的结构示意图；

图中标记说明：底座1、第一导轨2、第二导轨3、第一拉绳4、第二拉绳5、左支架6、右支架7、刻度标尺8、第一滑槽9、第一滑块10、第一滚轮11、第一挂绳12、第一挂钩13、第一定滑轮14、拉绳固定器15、支撑板1501、第一插杆1502、第二插杆1503、第一固定板1504、第二固定板1505、第一活动板1506、第二活动板1507、第一卡板1508、第二卡板1509、第一弹簧1510、第二弹簧1511、连接杆1512、限位块1513、第二挂钩16、第二滑槽17、第二滑块18、第二滚轮19、第二挂绳20、第三挂钩21、第二定滑轮22、第四挂钩23、第一红色标记箭头24、第一L形板25、第二红色标记箭头26、第二L形板27、水平仪28、调节螺母29。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至3所示，该牛顿第二定律教学演示仪，包括底座1、第一导轨2、第二导轨3、第一拉绳4、第二拉绳5，所述底座1上设置有左支架6与右支架7，所述第一导轨2的左端固定在左支架6上，第一导轨2的右端固定在右支架7上，所述第二导轨3的左端固定在左支架6上，第二导轨3的右端固定在右支架7上，所述第一导轨2与第二导轨3互相平行且水平设置，所述第一导轨2、第二导轨3均为中空的腔体结构，所述第一导轨2的一侧表面和第二导轨3的一侧表面均设置有刻度标尺8；

所述第一导轨2的下表面沿其长度方向设置有第一滑槽9，所述第一滑槽9的宽度小于第一导轨2的内部空腔的宽度，所述第一滑槽9底部与第一导轨2的内部空腔连通，所述第一导轨2的空腔内设置有第一滑块10，所述第一滑块10的下表面设置有两个第一滚轮11，所述两个第一滚轮11分别位于第一滑槽9的两侧，所述第一滑块10的中心位置连接有第一挂绳12，所述第一挂绳12的末端穿过第一滑槽9，所述第一挂绳12的末端连接有用于吊挂砝码的第一挂钩13，所述第一导轨2的右端设置有第一定滑轮14，所述第一定滑轮14位于第一导轨2的下方，所述左支架6上设置有拉绳固定器15，所述第一拉绳4的中部与第一挂绳12固定在一起，第一拉绳4的左端沿第一导轨2的空腔向左延伸且穿过拉绳固定器15，第一拉绳4的右端沿第一导轨2的空腔向右延伸且绕过第一定滑轮14，第一拉绳4的右端固定有用于吊挂砝码的第二挂钩16；

所述第二导轨3的下表面沿其长度方向设置有第二滑槽17，所述第二滑槽17的宽度小于第二导轨3的内部空腔的宽度，所述第二滑槽17底部与第二导轨3的内部空腔连通，所述第二导轨3的空腔内设置有第二滑块18，所述第二滑块18的下表面设置有两个第二滚轮19，所述两个第二滚轮19分别位于第二滑槽17的两侧，所述第二滑块18的中心位置连接有第二挂绳20，所述第二挂绳20的末端穿过第二滑槽17，所述第二挂绳20的末端连接有用于吊挂砝码的第三挂钩21，所述第二导轨3的右端设置有第二定滑轮22，所述第二定滑轮22位于第二导轨3的下方，所述第二拉绳5的中部与第二挂绳20固定在一起，第二拉绳5的左端沿第二导轨3的的空腔向左延伸且穿过拉绳固定器15，第二拉绳5的右端沿第二导轨3的空腔向右延伸且绕过第二定滑轮22，第二拉绳5的右端固定有用于吊挂砝码的第四挂钩23。

该牛顿第二定律教学演示仪在使用时，只需在第一挂钩13、第二挂钩16、第三挂钩21、第四挂钩23按照实验教学演示或分组实验探究内容的要求，选择悬挂上砝码，然后通过打开拉绳控制器，使第一拉绳4和第二拉绳5的左端不受力，第一拉绳4在第二挂钩16上悬挂的砝码的重力作用下向右移动，同时带动第一滑块10、第一挂钩13上悬挂的砝码移动，第二拉绳5在第四挂钩23上悬挂的砝码的重力作用下向右移动，同时带动第二滑块18、第三挂钩21上悬挂的砝码移动，当移动一段距离后，关闭拉绳控制器，将第一拉绳4和第二拉绳5同时固定住，此时，拉绳不再移动，记录下各个挂钩悬挂的砝码质量以及滑块的移动距离，在时间相同的情况下，位移和加速度成正比，只要比较两个滑块的位移，就可以比较它们的加速度，采用此法进行实验探究，既可避免复杂的计算，又可省去许多演示实验的时间，同时还能定性与定量相结合进行直观地牛顿第二定律的验证演示实验，提高学生对较为抽象的加速度与质量、加速度与力、加速度与研究物体位移之间的关系等知识概念的理解，具有形象化、直观性强的显著特点，另外，本仪器操作安全简便，既可以用着教师课堂演示，又可以供学生分组实验使用，对于提高中学物理教学质量起到了有益的作用，再者，由于采用轨道、滑块、滚轮结合的设计，避免了传统小车易脱轨、变量改变不直观、操作不便等弊端。

为了便于学生观察，所述第一导轨2位于第二导轨3上方，这样第一导轨2和第二导轨3错开，方便学生同时观察两套质量相同(或不同)时，悬挂在导轨右边定滑轮向下方向拉力相同(或不同)时实验物体的运动状态。通过改变悬挂砝码的数量可以实现控制实验变量的数值大小。

为了便于读取滑块的移动位移，所述第一滑块10的下表面连接有第一红色标记箭头24，所述第一红色标记箭头24位于第一导轨2设置有刻度标尺8的一侧，所述第一红色标记箭头24通过第一L形板25与第一滑块10的下表面固定在一起；所述第二滑块18的下表面连接有第二红色标记箭头26，所述第二红色标记箭头26位于第二导轨3设置有刻度标尺8的一侧，所述第二红色标记箭头26通过第二L形板27与第二滑块18的下表面固定在一起。

为了减小实验系统误差，所述第一导轨2或第二导轨3的上表面设置有水平仪28，可对仪器进行系统水平度校准，以减小实验系统误差。

为了方便调整仪器的水平度，所述底座1的左端或右端设置有用于调节底座1倾斜度的调节螺母29。

为了减小滚轮的摩擦系数，提高实验系统的精度，减小实验系统的误差，所述第一滚轮11、第二滚轮19均为滚珠轴承。

为了方便同时固定和松开第一拉绳4与第二拉绳5，如图4所示，所述拉绳固定器15包括支撑板1501、第一插杆1502、第二插杆1503、第一固定板1504、第二固定板1505、第一活动板1506、第二活动板1507、第一卡板1508、第二卡板1509、第一弹簧1510、第二弹簧1511，所述支撑板1501上设置有第一插孔与第二插孔，所述第一插杆1502的下端插入第一插孔内，第二插杆1503的下端插入第二插孔内，第一插杆1502的上端与第二插杆1503的上端通过连接杆1512连接成一体；

所述支撑板1501、第一固定板1504、第二固定板1505均固定在左支架6上，所述第一活动板1506套设在第一插杆1502上，在外力作用下，第一活动板1506沿第一插杆1502来回滑动，所述第一固定板1504上设置有与第一插杆1502的外径相匹配的通孔，所述第一插杆1502的末端穿过第一固定板1504上设置的通孔且在外力作用下，第一插杆1502在第一固定板1504上设置的通孔内来回滑动，所述第一卡板1508固定在第一插杆1502的中部，且第一活动板1506位于第一卡板1508与第一固定板1504之间，所述第一弹簧1510套设在第一插杆1502上且第一弹簧1510位于第一活动板1506与第一固定板1504之间，所述第二活动板1507套设在第二插杆1503上，在外力作用下，第二活动板1507沿第二插杆1503来回滑动，所述第二固定板1505上设置有与第二插杆1503的外径相匹配的通孔，所述第二插杆1503的末端穿过第二固定板1505上设置的通孔且在外力作用下，第二插杆1503在第二固定板1505上设置的通孔内来回滑动，所述第二卡板1509固定在第一插杆1502的中部，且第二活动板1507位于第一卡板1508与第一固定板1504之间，所述第二弹簧1511套设在第二插杆1503上且第二弹簧1511位于第一卡板1508与第一活动板1506之间，当第一弹簧1510、第二弹簧1511均处于未压缩状态时，第一卡板1508位于第一导轨2的上方，第二活动板1507位于第二导轨3的上方，当推动连接杆1512使第一弹簧1510、第二弹簧1511均处于压缩状态时，第一卡板1508的边缘靠近第一导轨2的边缘并将第一拉绳4卡住，同时第二活动板1507的边缘靠近第二导轨3的边缘并将第二拉绳5卡住。上述拉绳固定器15在固定拉绳时，只需推动连接杆1512，使第一插杆1502、第二插杆1503向下移动，进而使第一弹簧1510、第二弹簧1511均处于压缩状态，使第一卡板1508的边缘靠近第一导轨2的边缘并将第一拉绳4卡住，同时第二活动板1507的边缘靠近第二导轨3的边缘并将第二拉绳5卡住，在松开拉绳时，只需松开收，插杆在压缩弹簧的作用下会向上移动，进而将卡紧的拉绳松开。为了避免插杆掉落，所述第一插杆1502的末端、第二插杆1503的末端均设置有限位块1513。