专利名称：简易中学力学实验组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于教育的用具，更确切地说是涉及一种用于演示、验证中学物理中力学现象与规律的用具。
目前，学生自己动手演示物理现象的机会不多，教师演示的物理现象也由于每种实验仪器只能演示一种或两种物理现象的仪器化现象太重，因而限制了学生思维的发展和动手能力的提高。
本实用新型的目的在于采用极其简单的、便于学生自己制作的部件，利用现有条件，花费最少的费用演示中学物理课本上涉及的力学现象，定性地并尽量定量地验证一些物理力学规律。
本实用新型的特点是使用了一组具有相同质量的磁性材料环，如钡铁氧体磁环，沿轴向充磁，再配合其他部件如园形、蹄形簿铁片、L形玻璃管、铜导线等完成牛顿第二、三定律、有固定转动轴物体的平衡条件、静、动摩擦系数的测定、动量定理、动量交换现象、弹性碰撞、冲击摆、单摆的振动、安培力作用、磁分子模型模拟、巴罗盘、楞次定律、力的合成等15种物理力学现象的演示、定性验证及部分定量计算工作。
下面结合实施例及附图详细说明本实用新型。
附
图1.有固定转动轴物体的平衡条件附图2.静、动摩擦系数的测定附图3.动量定理附图4.牛顿第三定律作用力与反作用力附图5.牛顿第二定律的验证附图6.动量交换现象的演示附图7.弹性碰撞的实验附图8.冲击摆的实验附图9.单摆的振动附
图10.安培力的作用附
图11.楞次定律的验证附
图12.磁分子模型模拟附
图13.巴罗盘的简单制作附
图14.力的合成实验参见附
图1，园盘形簿铁片11，用钉子12钉在某一固定物上，园盘11可转动，形成有固定转动轴的物体。盘面上任意放置几个磁环13、14、15、16。用园杆铅笔17作为滑轮，细线19一头系住园盘11上的任一个磁环如13，另一头悬挂一组磁环18，通过细线19和铅笔17完成力矩平衡调节。
参见附图2，蹄形簿铁片23上吸附着数枚磁环24，再置于木板22上，21为一固定水平面。慢慢抬起木板22的一端，分别记录下蹄形簿铁片23开始滑动和连续滑动时木板22与水平面21的夹角θ，用三角函数tgθ可计算出静、动摩擦系数。
参见附图3，包括采用附图3－1和附图3－2两种方法验证动量定理。附图3－1中，在固定水平面314与蹄形簿铁片312间有长纸条313，蹄形簿铁片312上吸附着磁环组311，拉动长纸条313，比较不同的拉动力f作用时间△t下的不同动量变化△p＝f·△t，此时可认为摩擦力不变。附图3－2中，将不同质量的磁环组322(m1)与323(m2)套在普通园杆铅笔321上，322与323的同性磁极相对并压紧在一起，当同时放开时，磁环322以速度V1、磁环组323以速度V2相斥而动，然后停下。假定磁环322、323移动的距离分别记为L1、L2，则有
。
参见附图4，取塑料半球如半个乒乓球或中药丸包装壳42、43放入注水后的盆41中，半球中各置一个磁环44和45。当相同磁极的磁环面朝上时，两半球42、43相斥运动。当不同磁极的磁环面朝上时，两半球42、43相向运动。通过上述实验可加深对牛顿第三定律作用力与反作用力概念的理解。
参见附图5，取涂有滑石粉的园杆铅笔51，上挂两根两端各系有一定质量磁环(54、55)(56、57)的细绳52、53。开始实验时，将54、56吊于最上端，手压在a、b处，同时放开后，磁环组54、56下落，55、57上升。然后使它们同时停止在某一位置上，记下下落的距离。由于时间相同，两组磁环54、56的位移之比即为加速度之比。如果磁环组54与56的环数相同，但磁环组55与57的环数不同，可认为质量相同但作用力不同。如果磁环组54与55，磁环组56与57均相差相同的环数，则两磁环组下落的距离之比与磁环组的总质量成反比。
参见附图6，在L形玻璃管61的水平端口处有一静止的磁环(V1＝0)63，将另一磁环62从L形玻璃管的垂直端口套入，使两磁环相对面的磁极性相同，磁环62的运动速度为V2。当磁环62向着磁环63滑去时，可看到明显的动量交换现象。磁环62停在磁环63的初始位置上。
参见附图7，L形玻璃管71，其水平管部分与固定水平面74的距离为h，两者平行。首先将磁环组72从L形玻璃管71的垂直部分滑下并水平射出，在固定水平面74上的落点记为P。然后将磁环73套在L形玻璃管的水平管端口部分，再将磁环组72从L形玻璃管71的垂直管部分滑下，磁环组72与磁环73相对面的磁极性相同，磁环组72与磁环73碰撞后分别射出，在固定水平面74上的落点分别记为M和N，O点垂直于磁环抛出点。按照弹性碰撞理论，可计算X·(OP)2＝X·(OM)2＋Y·(ON)2，X为磁环组72的质量，Y为磁环73的质量，当每个磁环的质量相同记为m时按图中实施例X＝3m，Y＝m。
参见附图8，冲击摆的实验，使单个磁环83从L形玻璃管81的垂直部分落下和静止在其水平管端口处的磁环组82异性相吸后一起射出，用V1表示磁环83碰撞前的速度，V表示两者相吸后共同射出的速度，高度h，水平射程S，m1为磁环83的质量，m2为磁环组81的质量，则，V1m1＝V(m1＋m2)，根据图中实施例m1＝ 1/3 m2，则V1＝4V，物体作平抛运动时V＝
S 代入后，可求出磁环碰撞前的速度V1＝4
·S。
参见附图9，将磁环96置于塑料球91中，做成单摆，单摆下方的铁片95上吸附有若干磁环92、93、94，其向上面的磁极性与单摆内磁环96向下面的磁极性一致，模拟重力加速度g变化时单摆周期的变化情况。
参见附
图10，将线圈101的出线分别焊接在簿铜片或锌片102、103上，穿过半个乒乓球并密封，形成原电池的两个电极，浸入5％的稀硫酸或硫酸铜溶液中，将线圈的a、b边翻向半球Y点侧，将磁环靠近ab直线电流上方，由于安培力作用，该原电池将在液面上移动。
参见附
图11，楞次定律的验证，将铝条111折成图示形状，abcd为闭合框，efgh为开口框，尖状物112通过O点支撑起演示器，当磁环伸入退出闭合框abcd时，演示器转动，但当磁环从开口框efgh内伸入退出时，则无转动现象。
参见附
图12，磁分子模型的模拟，将若干磁环等间距地吊在园杆铅笔上，排成行121、122、123，另用磁环沿笔杆方向使这些磁环“磁化”，各磁环排列趋于有序。
参见附
图13，巴罗盘的简单制作，培养皿134，盛有5％的硫酸铜，用二根粗裸铜线，顶端各弯成大小两个环形座，置于培养皿盆底，形成两个电极，外接6V电池，培养皿134置于吸有若干磁环132的蹄形簿铁片133上，131为一固定平面。磁环的同性磁极向上，可看到培养皿中液体的转动现象。
参见附
图14，用图钉将橡皮筋141一端固定在O点，另一端通过细线吊一组磁环142。以C为支点时，标记下橡皮筋被拉至a点的位置和磁环组142的质量，通过分别吊有磁环组142、143的两根细线，调整其方向
及磁环组144、143的质量，仍将橡皮筋拉至a点，可验证力的合成即矢量的平行四边形法则。
本实用新型通过简单的、花钱不多的、适于中学生自己动手动脑制作的实验件，并围绕磁性材料环设计出一组简单演示、实验器，包括中学物理中力学、磁学现象的演示、定律的验证及部分定量的计算等。能因地制宜地使学生加深对知识的理解、激发学习兴趣，有利于培养学生的独立工作能力。
权利要求1.一种简易中学力学实验组件，包括L形玻璃管，铜导线和铁片，其特征在于采用一组质量相同，沿轴向充磁的磁环。
专利摘要本实用新型涉及一种简易的演示中学物理力学现象与规律的教育用具。主要采用一组相同质量的磁环，配合L形玻璃管、铁片铜线等部件，可完成牛顿第二、三定律，有固定转动轴物体的平衡条件，静、动摩擦系数的测定，动量定理，动量交换，弹性碰撞，冲击摆，单摆的振动，安培力作用，磁分子模型模拟，楞次定理，巴罗盘，力的合成等15种力学现象或规律的定性演示、验证及部分定量计算工作。
文档编号G09B23/00GK2069148SQ9020424
公开日1991年1月9日 申请日期1990年4月11日 优先权日1990年4月11日
发明者张世瑜 申请人:张世瑜