一种动能定理实验器的制作方法

本实用新型涉及教学实验仪器，尤其涉及一种动能定理实验器。

背景技术：

现在高中物理课本在讲授动能定理时，为了便于学生理解，通常结合实验教学来让学生探究动能定理的关于力对静止物体的做功与物体获得速度的关系。目前大多数学校在采用弹力做功来探究动能定理时，使用的实验设备包括倾斜面板、小车、橡皮筋、铁钉、纸带以及打点计时器，具体操作方法是：小车和打点计时器之间连接纸带，分别用不同根数的橡皮筋对小车做功，通过纸带上的均匀打点来获得小车在不同做功条件下的速度；橡皮筋提供弹力时，需要将橡皮筋的两头分别系在两个铁钉上，橡皮筋的中间与小车接触，存在以下缺点：1、调整橡皮筋的根数时，需要频繁做解开和系上的动作，操作繁琐，浪费实验时间；2、每次将橡皮筋系在铁钉上时，系的长短很难精确调整，导致橡皮筋根数与弹力做功成正比的实验条件很难满足，影响实验效果；3、小车的初始静止状态无法准确置于倾斜面板的同一位置处，影响实验效果；4、小车在倾斜面板上无法保持直线运动，无法保证小车做匀速运动，影响实验效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种动能定理实验器，结构简单，操作方便，便于帮助学生快速准确理解不同做功条件和速度的关系。

为了实现本实用新型的上述目的，提供以下技术方案：

一种动能定理实验器，包括：倾斜底板；用于在所述倾斜底板上运动的小车；多根橡皮筋，用于对小车提供不同弹力来获得对小车的不同做功条件；打点计时器，其通过纸带连接所述小车，用于在纸带上均匀打点来获得小车在不同做功条件下的速度；所述倾斜底板的倾斜高端设置用于定位所述打点计时器的定位座；所述倾斜底板的倾斜低端设置有制动挡板；其中，所述制动挡板上安装有用于制动和定位所述小车的制动组件，所述制动组件包括：其一端安装在所述挡板上的制动弹片，用于在小车冲向挡板时与小车相卡接；其一端安装在所述挡板上的缓冲弹簧，用于减小小车冲向挡板时的撞击力；其中，所述制动弹片的另一端较所述缓冲弹簧的另一端远离所述制动挡板设置；且所述制动弹片高于所述缓冲弹簧设置。

优选的，所述制动弹片的另一端具有向下且向内弯折的弯勾；所述小车上设有卡柱，所述卡柱的上沿高于所述弯勾的下沿。

优选的，所述倾斜底板上标有刻度线。

优选的，所述倾斜底板上固定有用于安置所述多根橡皮筋的橡皮筋架，所述橡皮筋架包括：两根立柱，所述每根立柱上均安装有橡皮筋固定件，所述橡皮筋用于固定连接在两个所述橡皮筋固定件之间；连接在所述两根立柱之间的横杆，其上固定安装有橡皮筋挂钩，用于挂起不做功的所述橡皮筋。

优选的，在所述倾斜底板1上并位于所述定位座和挡板之间铺设有两条平行的直线导轨；所述小车的两侧设有分别用于在所述两条直线导轨上滚动的限位车轮，用于限制所述小车沿所述直线导轨运动。

优选的，所述限位车轮包括：用于在所述直线导轨上滚动的车轮本体；设置在所述车轮本体外圆周上的外轮缘，所述外轮缘的外径大于所述车轮本体的外径。

优选的，所述倾斜底板的下方连接有可调支腿，用于调节倾斜底板的倾斜度。

优选的，所述可调支腿包括：与所述倾斜底板螺纹连接的螺杆；固定连接在所述螺杆下方的橡胶垫。

本实用新型的有益效果体现在以下方面：

1)本实用新型在倾斜底板上固定橡皮筋架，且橡皮筋架上设置有可同时固定连接多根橡皮筋的两个橡皮筋固定件以及将不做功的橡皮筋挂起的橡皮筋挂钩，减少实验过程中反复拆装橡皮筋和寻找橡皮筋的麻烦，操作方便，节约实验时间；且橡皮筋由于不用反复拆装，避免了来回拆装出现的橡皮筋长短不一的情况，从而避免由于弹力改变而影响实验结果的情况；

2)本实用新型利用直线导轨和限位车轮配合，确保小车沿直线运动，避免由于小车偏离轨道而反复实验操作，提高实验效率和准确率；

3)本实用新型的制动组件可以快速制动和定位小车，结构简单，成本低。

附图说明

图1是本实用新型动能定理实验器(小车在起始状态)的结构示意图；

图2是本实用新型动能定理实验器(小车制动时)的结构示意图；

图3是本实用新型的直线导轨和限位车轮配合的结构示意图。

附图标记说明：1-倾斜底板；2-橡皮筋架；21-立柱；21a-橡皮筋固定件；22-横杆；22a-橡皮筋挂钩；3-橡皮筋；4-小车；41-限位车轮；41a-车轮本体；41b-外轮缘；42-卡柱；5-直线导轨；6-挡板；7-缓冲弹簧；8-制动弹片；8a-弯勾；9-定位座；10-刻度线；11-可调支腿；11a-螺杆；11b-橡胶垫。

具体实施方式

如图1和2所示，本实用新型提供一种动能定理实验器，包括：倾斜底板1；用于在倾斜底板1上运动的小车4；多根橡皮筋3，用于对小车提供不同弹力来获得对小车的不同做功条件；打点计时器(图中未示出)，其通过纸带连接小车，用于在纸带上均匀打点来获得小车在不同做功条件下的速度。

本实用新型的实验原理为：弹力对小车做功以一根橡皮筋对小车做功为单位，将一根橡皮筋作用于小车的弹力记为F，在弹力F的作用下小车移动距离S做功记为1W；当采用两根橡皮筋对小车做功时，将两根橡皮筋作用于小车的弹力记为2F，根据W＝F*S，在弹力2F的作用下小车移动距离S做功记为2W，以此类推来探究小车在静止状态下，弹力对小车做功和小车获得的速度的关系。

如图1和2所示，倾斜底板1的下方连接有可调支腿11，用于调节倾斜底板的倾斜度。实验操作之前，需要先调节倾斜底板1的倾斜角度，从而使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡，小车仅通过弹力做功来获得动能。

具体的，本实施例的可调支腿11设有两个，分别设置在倾斜底板1的倾斜高端两侧；每个可调支腿11包括：螺杆11a和橡胶垫11b；其中，螺杆11a的一端与倾斜底板1螺纹连接，螺杆11a的另一端固定连接橡胶垫11b。橡胶垫11b可以增加接触面的摩擦力，防止可调支腿11在实验过程中错位移动。

开始实验前，使小车在倾斜底板1上运动，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，从而将倾斜底板1调节到合适的倾斜角度。

如图1和2所示，本实施例在倾斜底板1的倾斜高端设置用于定位打点计时器的定位座9，防止打点计时器在实验过程中移位而带动纸带偏移，影响实验结果。

本实施例在倾斜底板1上固定有橡皮筋架2。具体的，如图1和2所示，橡皮筋架2包括：两根立柱21；连接在两根立柱之间的横杆22。其中，每根立柱21上分别安装一个橡皮筋固定件21a，多根橡皮筋3用于固定连接在两个橡皮筋固定件21a之间；横杆22上固定安装有橡皮筋挂钩22a，用于将不做功的橡皮筋3挂起。实施时，两个橡皮筋固定件21a之间可以同时固定连接1至6根规格一致的橡皮筋，将不做功的橡皮筋3利用橡皮筋挂钩22a挂起，减少实验过程中反复拆装橡皮筋和寻找橡皮筋的麻烦，操作方便，节约实验时间。

实验前先观察多根橡皮筋同时对小车施加弹力时小车能移动的最大距离，实验时选取该最大距离或以内对应的位置作为小车运动的起始位置。

为了使不同根数的橡皮筋分别对小车做功时，确保橡皮筋根数与弹力的对应关系，一方面采用的多根橡皮筋需规格一致；另一方面需要在多次试验过程中，不同根数的橡皮筋被拉伸的距离一致。为了使不同根数的橡皮筋被拉伸的距离一致，本实施例在倾斜底板1上标有刻度线10，当橡皮筋未拉伸时，连接在两个橡皮筋固定件21a之间的橡皮筋的投影与刻度线10的零刻度对齐，当最多根数的橡皮筋同时被拉伸并对小车施加弹力时，小车能到达的最远位置或以内对应的某一刻度作为小车运动的起始位置，从而利用刻度线定位好小车每次运动的起始位置。当处于起始位置的静止小车在弹力作用下加速运动到零刻度线时，弹力不再对小车做功，此时小车以速度v开始做匀速运动；速度v通过打点计时器在纸带上均匀打点记下，小车达到速度v时移动距离S恒定(等于起始位置对应的刻度减去零刻度)，那么根据动能定理FS＝1/2mv²-0，可以探究做功与速度的关系。

本实施例为了防止小车在运动过程中偏离轨道，在倾斜底板1上并位于定位座9和挡板6之间铺设有两条平行的直线导轨5；同时在小车4的两侧设有分别用于在两条直线导轨上滚动的限位车轮41，用于限制小车4沿直线导轨5运动。具体的，如图3所示，限位车轮41包括：用于在直线导轨5上滚动的车轮本体41a；设置在车轮本体41a外圆周上的外轮缘41b，外轮缘41b的外径大于车轮本体41a的外径。小车4移动时，两条直线导轨5位于两个相对的限位车轮41的外轮缘41b之间，避免小车滑出直线导轨5。

当小车沿直线导轨5运动到倾斜底板1的倾斜低端时，为了避免小车在惯性作用下滑出，本实施例在倾斜底板1的倾斜低端设置有制动挡板6，且制动挡板6上安装有用于防止小车弹出倾斜底板1的制动组件。具体的，制动组件包括：制动弹片8，用于在小车冲向挡板时与小车相卡接；缓冲弹簧7，用于减小小车冲向挡板时的撞击力。具体的，制动弹片8的一端安装在挡板6上，另一端较缓冲弹簧7的另一端远离制动挡板6设置；缓冲弹簧7的一端安装在挡板6上，且制动弹片8高于缓冲弹簧7设置。

具体的，如图1和2所示，制动弹片8的另一端具有向下且向内弯折的弯勾8a；小车上设有卡柱42，卡柱42的上沿高于弯勾8a的下沿。当小车在惯性下冲到倾斜底板1的倾斜低端时，卡柱42的上沿冲过弯勾8a的下沿继续向前，在缓冲弹簧7的作用下停止向前运动，此时小车在弯勾8a的作用下也不能后退，从而达到将小车制动和限位的作用，需要释放小车时，手动抬起弯勾8a即可。

需要说明的是，制动组件也可以通过其余结构实现，例如在制动挡板6上安装具有凹槽的导柱，小车4上对应设有导柱可穿入的导孔，在导孔内设置可卡入导柱的凹槽内的弹片，且小车上设有可使弹片离开凹槽的按钮机构。

本实用新型在保证安全的情况下可以控制液体的升温速度，使学生更容易观察到加热过程的每个时间段液体升温的数值，能够通过该实用新型直观的了解动能定理的概念，达到明显实验教学效果。

尽管上述对本实用新型做了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。